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來源：互聯(lián)網(wǎng)

朱嘉，1982年2月生，九三學(xué)社社員、南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)期從事微納結(jié)構(gòu)在太陽能轉(zhuǎn)換與能源存儲(chǔ)的研究。南京大學(xué)物理學(xué)學(xué)士，美國斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)碩士、博士，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校博士后。

朱嘉在Nature系列Science Advances，PNAS，焦耳，Advanced Materials等國際高影響力學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文80余篇，他引超過5000次，申請(qǐng)國際、國家專利6項(xiàng)，受邀在國際會(huì)議及世界著名學(xué)府做過40多場(chǎng)特邀專題報(bào)告。英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士，Nanophotonics的執(zhí)行編輯，同時(shí)是30多個(gè)國際學(xué)術(shù)期刊的特約審稿人。獲得的獎(jiǎng)項(xiàng)包括：陳嘉庚青年科學(xué)家獎(jiǎng)（2018年）、美國光學(xué)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)（2017年）、江蘇省中國青年五四獎(jiǎng)?wù)?/a>（2017年）、杜邦青年教授獎(jiǎng)（2016年）、饒毓泰基礎(chǔ)光學(xué)獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)（2016年）、麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論全球青年創(chuàng)新人物獎(jiǎng)（2016年）等。

主要成就

主要研究方向?yàn)榛谖⒓{結(jié)構(gòu)的太陽能光熱轉(zhuǎn)換與水純化技術(shù)。針對(duì)新能源和水資源利用等國家戰(zhàn)略需求及其交叉科學(xué)前沿，基于人工微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，主要開展微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備、基于能源材料的光學(xué)-熱學(xué)性質(zhì)調(diào)控，以及太陽能界面光熱轉(zhuǎn)換與海水淡化等方面的研究工作。迄今為止，在Nature系列、Science系列等國際學(xué)術(shù)期刊共發(fā)表論文50余篇（其中9篇入選ESI高被引論文/熱點(diǎn)論文），組織過能源領(lǐng)域國際重要學(xué)術(shù)會(huì)議5次。因在“高效太陽能海水淡化”領(lǐng)域原創(chuàng)性工作入選2016年度麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論“全球科技創(chuàng)新人物”(MIT Technology Review TR 35 Award)和杜邦“青年教授獎(jiǎng)”。獲得過的榮譽(yù)及獎(jiǎng)項(xiàng)還包括“中國留學(xué)人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)50人榜單”，獲 “中國僑界貢獻(xiàn)獎(jiǎng)創(chuàng)新人才獎(jiǎng)”、“中國光學(xué)學(xué)會(huì)饒毓泰基礎(chǔ)光學(xué)獎(jiǎng)”、“中國十大新銳科技人物獎(jiǎng)”。

科研成果

基于微納結(jié)構(gòu)的高效太陽能光熱轉(zhuǎn)換

能源和水是人類生存最基本要素和社會(huì)發(fā)展的兩大重要戰(zhàn)略需求。利用太陽能進(jìn)行海水淡化及水處理，是可持續(xù)發(fā)展過程中能源、環(huán)境和水資源領(lǐng)域共同的關(guān)注焦點(diǎn)。傳統(tǒng)太陽能海水淡化技術(shù)多以太陽能集熱或產(chǎn)電的方式驅(qū)動(dòng)熱法和膜法海水淡化，然而這類集中式技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、投資、占地等要求較高，增加了在缺水區(qū)域作大規(guī)模推廣的難度。微納結(jié)構(gòu)因其具有特殊的尺度、形貌及可調(diào)控的光學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)，為太陽能光熱轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用提供了新機(jī)遇。朱嘉及其團(tuán)隊(duì)近年來在微結(jié)構(gòu)界面光熱轉(zhuǎn)換材料與器件等方向深入開展了一系列研究，發(fā)展了基于三維模板的納米顆粒自組裝工藝，制備出寬頻、高效的等離激元黑色吸收體材料；在此基礎(chǔ)上率先制備了基于等離激元增強(qiáng)效應(yīng)的太陽能海水淡化器件；提出并實(shí)現(xiàn)了“二維水通道”設(shè)計(jì)與“人工蒸騰”結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了集熱蒸發(fā)一體化的太陽能海水淡化器件的便攜、高效率和低成本化。目前基于界面光熱轉(zhuǎn)換的高效太陽能海水淡化技術(shù)已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，團(tuán)隊(duì)正在社會(huì)各界的大力支持下致力于提供便攜、低成本、環(huán)保的水處理技術(shù)。

開設(shè)課程

能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化原理

研究領(lǐng)域

1.納米線及納米顆粒的設(shè)計(jì)與可控制備；2. 納米光子學(xué)及其在能源中的應(yīng)用；

3. 熱學(xué)傳輸、轉(zhuǎn)換與控制；4. 基于納米結(jié)構(gòu)的能量存儲(chǔ)器件.

主要貢獻(xiàn)

朱嘉教授從事納米材料在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)的研究。近年來，已在Nature Nanotechnology, Nature Materials, Nano Letters，Advanced 能量 Materials, Advanced Materials等權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇，被SCI引用1000余次。3篇論文被選為Nature Nanotechnology, Nano Letters, Advanced Energy Materials等雜志的內(nèi)/外封面。出版英文書籍一章，申請(qǐng)美國專利4項(xiàng)。部分研究成果被Nature Nanotechnology雜志、麻省理工學(xué)院 Technology Review雜志、New Scientist等國際科學(xué)媒體廣泛報(bào)道，在國際產(chǎn)生廣泛的影響，受邀在政府，國際會(huì)議及世界著名學(xué)府做過30多場(chǎng)專題報(bào)告，同時(shí)是20多個(gè)國際學(xué)術(shù)期刊的特約審稿人。

人物經(jīng)歷

研究經(jīng)歷

2015年8月，朱嘉教授課題組在對(duì)鋰離子電池納米顆粒硅負(fù)極的合成制備的研究中取得進(jìn)展，研究人員著眼于工業(yè)生產(chǎn)中的粗硅源，通過高能球磨的方法控制時(shí)間及轉(zhuǎn)速獲得不同尺寸的硅顆粒，系統(tǒng)研究了兩種不同硅源作為電極的優(yōu)勢(shì)，并且在以制得的100 nm左右的顆粒作為電極材料時(shí)獲得了很好的循環(huán)及倍率性能。整個(gè)過程簡(jiǎn)便且大大降低了成本，為大規(guī)模生產(chǎn)硅納米顆粒，制備硅負(fù)極提供了新思路，并且也為硅在光伏，熱電領(lǐng)域的制備合成提供了新方法。該研究成果發(fā)表在《Nano Letters》（DOI：10.1021/acs.nanolett.5b01698）上。

2015年10月，朱嘉教授課題組與合作者利用納米技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)硅的提純，研究成果發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（Proc. Natl. Acad. Sci., Doi:10.1073/pnas.1513012112）上；研究人員創(chuàng)新性的將納米技術(shù)引入到硅純化工藝當(dāng)中，以工業(yè)粗硅（硅含量84%）為原材料，高能球磨制備110nm 左右的硅顆粒，酸洗等一系列步驟后得純度高于99.999%的硅納米顆粒。相比于傳統(tǒng)的硅提純工業(yè)，避免了高溫高壓以及對(duì)HCI和H的大量消耗，同時(shí)通過該技術(shù)得到的高純度硅為直徑在80nm 左右的顆粒，有著更廣泛的用途，純化后得到的硅納米顆粒作為負(fù)極材料時(shí)獲得了很好的循環(huán)及倍率性能。整個(gè)過程低能耗低污染，為生產(chǎn)太陽能級(jí)硅提供了新思路，并且也為進(jìn)一步降低太陽能發(fā)電的成本打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2015年11月，朱嘉教授課題組在硅純化領(lǐng)域進(jìn)一步取得進(jìn)展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)低純硅源的純化和多孔化，并成功應(yīng)用在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，該研究成果發(fā)表在《Nano Letters》（DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03932）上；研究人員著眼于低純度硅源，通過球磨和金屬輔助化學(xué)刻蝕的方法，將微米級(jí)顆粒暴露在酸性溶液中，化學(xué)刻蝕能夠?qū)⒌图兌裙柚械碾s質(zhì)去除，將硅純度從83.4%提升到99.4%，同時(shí)化學(xué)刻蝕將微米級(jí)硅顆粒變成多孔狀。這些被純化且多孔化的硅顆粒，運(yùn)用在鋰離子電池的負(fù)極方面，能夠緩解其在嵌鋰時(shí)發(fā)生的體積膨脹，獲得了很好的循環(huán)及倍率性能。整個(gè)過程簡(jiǎn)便且大大降低了成本，為大規(guī)模生產(chǎn)硅顆粒，制備硅負(fù)極提供了新思路，并且也為硅在光伏，熱電領(lǐng)域的制備合成提供了新方法。

2016年1月，朱嘉教授課題組在有機(jī)-無機(jī)化合物雜化型鈣鈦礦納米線制備及其光電器件應(yīng)用的研究中取得進(jìn)展，有關(guān)成果發(fā)表在《Nano Letters》（2016, 16, 871-876）上；研究人員利用不良溶劑和良溶劑的混合溶液，再加上簡(jiǎn)單的旋涂操作，可以將易于制備的鈣鈦礦薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鈦礦納米線。通過調(diào)節(jié)不良溶劑與良溶劑的比例和勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可對(duì)納米線直徑大小以及尺寸分布進(jìn)行良好的控制。由此形成的納米線可以進(jìn)一步應(yīng)用在柔性的光電子器件上，顯示出良好的機(jī)械穩(wěn)定性。該方法簡(jiǎn)單易行，可以與傳統(tǒng)薄膜方法直接嫁接，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的納米線生產(chǎn)，也為其他材料納米線的制備提供了新思路。

2016年4月，朱嘉教授課題組在寬帶、高效金屬吸收體及其光熱轉(zhuǎn)換方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《Science Advances》(2, e1501227, 2016)上。研究人員創(chuàng)新性地將氧化鋁多孔模板與金屬納米顆粒自組裝技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并制備了世界上最黑的超寬帶、高效金屬吸收體-在400nm–1 0 mm波段達(dá)到99%的光吸收效率，超過目前有文獻(xiàn)報(bào)道的所有的金屬光吸收體材料，可以與之前廣泛認(rèn)為的最黑體-碳納米管陣列媲美，這對(duì)高效率太陽能光熱、光電、光催化等諸多應(yīng)用產(chǎn)生重要的意義。

2016年4月，朱嘉教授課題組在高效太陽能海水淡化方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《Nature Photonics》（DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.75）上，該研究首次利用等離激元增強(qiáng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了高效太陽能海水淡化（能量傳遞效率~90%，淡化前后鹽度降低4個(gè)數(shù)量級(jí)），這對(duì)高效率太陽能海水淡化技術(shù)的實(shí)用化將產(chǎn)生重要的意義。

2016年9月，朱嘉教授課題組在低純硅領(lǐng)域取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了以低純硅為原材料制備納米級(jí)多孔硅顆粒，并成功地應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極，該研究成果發(fā)表于《Nano Letters》（DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03567）上。研究人員通過球磨，退火（歧化反應(yīng)）和酸處理的工藝，最終得到多孔硅顆粒，并且通過控制實(shí)驗(yàn)條件，能夠精確調(diào)控多孔硅的孔隙率（從17%到70%），多孔化硅顆粒運(yùn)用在鋰離子電池的負(fù)極，能夠緩解其在嵌鋰時(shí)發(fā)生體積膨脹，具有很好的循環(huán)及倍率性能。整個(gè)過程簡(jiǎn)便且大大降低了成本，為大規(guī)模生產(chǎn)硅顆粒，制備硅負(fù)極提供了新思路，且為硅在光伏，熱電領(lǐng)域的制備合成提供了新方法。

2016年10月，朱嘉教授課題組在鋰基負(fù)極合成制備的研究中取得進(jìn)展，該研究成果在線發(fā)表在《Advanced Materials》(DOI: 10.1002/adma.201603755)上；研究人員首次著眼于常見的聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS），通過簡(jiǎn)單的不同轉(zhuǎn)速旋涂工藝控制膜厚及不同濃度酸處理控制孔洞大小分布，制備出多孔的PDMS 膜來保護(hù)鋰電極，抑制了循環(huán)中枝晶鋰的生長(zhǎng)，極大地穩(wěn)定了循環(huán)效率，提高了循環(huán)壽命；此外由于PDMS的化學(xué)惰性，其與目前研發(fā)出的各種電解液具有極好的兼容性；從原料到合成工藝具有極高的成本優(yōu)勢(shì)，為規(guī)模化制備生產(chǎn)提供了新的方向。

2016年11月，朱嘉教授研究組在太陽能光熱轉(zhuǎn)換方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《Proc. Natl. Acad. Sci.》（DOI:10.1073/pnas.1613031113）和《Advanced materials》 (DOI:10.1002/adma.201604031) 上；①發(fā)表在PNAS的工作，選用氧化石墨烯薄膜作為吸收體，在結(jié)構(gòu)上充分利用二維材料層間熱導(dǎo)率低的特性，同時(shí)使吸收體和水體間接接觸，通過二維水傳輸通道同時(shí)達(dá)到有效水供應(yīng)與極低的熱傳導(dǎo)損耗，從而在無需外界聚焦條件下，獲得了～80%的光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)氧化石墨烯薄膜可折疊，為便攜式、高效、低成本的太陽能海水淡化技術(shù)的發(fā)展邁進(jìn)一步；②發(fā)表在Adv. Mater.的工作，則選用基于還原氧化石墨烯的氣凝膠，通過加入碳納米管與海藻酸鈉來調(diào)控光學(xué)吸收與親水性，氣凝膠因其極低的熱導(dǎo)率可以有效壓制吸收體的熱傳導(dǎo)損失，最終在無需聚焦條件下，同樣能獲得～80%的光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率。