依托材料创新，发展低碳技术

矿物能源消耗造成的温室效应，引起冰川加速消融、全球气候反常，生态环境日益恶化。这是当今世界面临的最严峻的危机之一。因此，发展先进低碳技术、清洁能源已经成为全人类面临的一项最迫切的任务。发展先进能源与环保材料，则是开发清洁能源、实现低碳制造、提高能源利用效率、保证能源技术安全的基石。

作为负责任的大国，中国政府于2021年首次将“碳达峰、碳中和”写入《政府工作报告》，体现了国家构建清洁能源社会的决心和毅力。我一直十分关心环境问题，致力于发展低碳新材料技术。在英国高校工作期间，发起并参与了英国材料学会可持续能源材料工作组，创建了博尔顿大学新能源与环境材料技术研究所。2016年我辞去英国教职，全职回国服务，于郑州大学筹建低碳环保材料国际联合研究中心，发起了郑州新世纪材料基因组工程研究院（简称郑材基因院），致力于产学研一体化的新能源与环境材料技术创新。

我们团队本着“着眼国际前沿，立足中国制造，外引内联，产学研一体化”的主旨，重点发展与新能源、环境净化技术密切相关的新材料，开发新应用。我们依托郑材基因院，以“裁剪材料学”为基础的材料基因组工程方法为指导，加速性能指标导向的新材料的发展进程。我们不仅十分关心再生能源技术、低碳能源材料，同时也十分重视碳资源的升级应用，发展“以碳治碳、化碳为宝”的先进制造技术。

我们发展碳基能源环保材料的首项重要突破，是发明了绿色环保量产“（几乎）无缺陷”石墨烯粉体的技术，为发展各类高端石墨烯应用技术奠定了扎实的材料基础。被誉为“超级材料”的石墨烯是已知最薄、最坚韧的纳米材料，它几乎完全透明、质轻、结构稳定，且具有超强的导电导热性能，在高精尖制造领域具有巨大的应用潜力，是一种辐射性极强、极具战略意义的“颠覆性材料”。目前国际传统石墨烯粉体制造技术存在“三高一低”问题：主流氧化还原技术比较适于规模化生产，但生产过程高度污染环境、产品缺陷率极高，不宜用于高性能领域。英国电弧法技术虽然能够制备结构接近石墨烯的纳米角，生产率却极低（单机年产率仅200来公斤）、成本高昂，严重阻碍了石墨烯的工业化应用。我们的技术发明，在国际上独树一帜，真正实现了用清洁办法一步到位制造出优质石墨烯粉体的目标。其制备过程能耗不到电弧法的1%，产品质量明显优于电弧法，成本不到其5‰，能耗相当的单机年产能可达数十吨。

依托该技术，我们发展了一系列低碳新能源、环保应用技术，主要技术成就包括：利用石墨烯代替石墨做电池负极材料，将石墨烯与非嵌入式正极材料复合，研制出较为成熟的金属离子电池，储能密度成倍提高，充放电速度更快，使用更安全。我们针对PM2.5的重要来源汽车尾气、餐饮业及工业烟雾等，研发出了高效柔性功能化石墨烯烟尘过滤膜；同时积极发展石墨烯材料在大规模化学储能、能源转换、健康致热、电磁屏蔽、海水防腐、重载润滑、环境传感、水体清洁等领域的应用技术。

在规模化石墨烯薄膜制造方面，我们发明了高通量广域等离子体辅助化学气相沉积技术，首次实现了低温（低能耗）、无催化大面积生长垂直石墨烯材料，展现了其代替贵金属作燃料电池催化膜、金属离子电池电极、金属空气电池等方面的优异效果。

针对锂离子电池为代表的金属离子电池的安全隐患问题，我们致力于设计并制备固态离子电池的关键材料，在电极材料与超级固态电解质方面，布局了一批核心发明专利，引起包括日本在内国际电池业的积极关注。

在人才培养方面，依托郑州大学“双一流”学科建设，顺势发展了新能源材料与器件新工科专业，目前已有三届国际化本科生在读；依托国际联合研究中心，设立了省外籍杰出科学家工作室、谋划构建国际能源材料知识枢纽，启动了与英国萨里等海外大学联合培养博士研究生项目，为实现国家“双碳”战略目标奠定从本科到硕、博研究生的人才基础；领衔发起了由郑州大学主办、与Wiley合作出版的英文期刊Energy& Environmental Materials（简称EEM，中文名称为《能源与环境材料》），经过不到3年的努力，已经成为国际材料综合前10%一区刊物（2020年首个影响因子超过15）、入选国家期刊梯度计划T1系列。

目前，我们依托系列核心技术，正在致力探索一条由原创科技引领的“一院（研究院）、一园（科技园）、一产业（板块）”协同创新发展模式，依托自主材料及制备技术，签约建设郑州碳谷科技园，打造中原创新驱动的“绿色材料”科技、产业基地，为尽早实现碳中和目标，作出应有的贡献。