南京大学能源科学与工程系朱嘉

xiayutian · 发表于 2017-3-24 15:23:29

朱嘉,南京大学教授、博士生导师、“青年973”首席科学家。博士毕业于美国斯坦福大学电子工程系硕士和博士，随后在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室从事新能源和环境领域的研究。在 Nature Nanotechnology, Nature Materials, Nano Letters, Materials Science and Engineering Report等国际权威学术期刊上发表20余篇论文，他人引用次数超过1000次。研究成果多次被 Science Daily, Nature Nanotechnology, MIT Tech Review等学术期刊、科学杂志和新闻机构作为 “Research Highlights”, “Cover Article”, “News Focus” 等专题报道，产生了广泛的国际影响。受邀在国际会议、世界著名学府和美国能源部做过30多场专题报告，同时是20多个国际学术期刊的特约审稿人。获得多项重要国际和国家级学术奖项包括，美国化学学会无机化学青年科学家奖，美国材料学会研究生金奖，中国政府优秀自费留学生奖等。

朱嘉       教授
办公室地址：       科学楼1314室
Email： jiazhu@nju.edu.cn
实验组主页：http://nanoenergy.nju.edu.cn

研究方向：
纳米材料合成和表征、纳米光子学、纳米热传输能源转化与存储（光伏、热电以及锂电池）

开设课程：
能源存储与转化原理
荣誉奖励
科技部“青年973”首席科学家、江苏省“六大高峰人才”、中组部青年##计划、
美国化学学会无机化学青年科学家奖、美国材料学会研究生金奖、中国政府优秀留学生奖、
中国侨界贡献奖创新人才奖（2016）、江苏省“双创英才” （2016）、
2016年8月，入选美国《麻省理工学院技术评论》第十六届全球35岁以下创新者榜单
2017年1月，获2016年度杜邦“青年教授奖”（2016 Class of DuPont Young Professors）。
2018年5月，获陈嘉庚青年科学奖技术科学奖。
2019年8月，入选国家杰出青年科学基金建议资助项目申请人名单。

babala · 发表于 2018-4-19 10:02:43

朱嘉教授课题组在钙钛矿纳米线热传输研究取得新进展

南京大学朱嘉教授课题组与美国范德堡大学Prof. Deyu Li 合作在金属－卤素钙钛矿纳米线热传输性质研究中取得新进展，近期以《Cation Dynamics Governed Thermal Properties of Lead Halide Perovskite Nanowires》在线发表在Nano Letters 上。（DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04437）

金属－卤素钙钛矿材料作为新兴的功能材料, 在光电子器件，如高效率的太阳能电池，高品质激光及发光二极管方面展现出很大的潜力，而其纳米线结构在各项应用中也表现出独特的优势。尽管钙钛矿材料光电子特性已经被广泛研究，但其热物理性质的深入研究仍然欠缺，却对其各类光电器件的散热及稳定性产生直接影响。此外，由于这种材料潜在具有较高的塞贝克系数与较低热导率，其在热电能量转化中也具有发展潜力。因此，研究金属－卤素钙钛矿纳米结构的热学性质是目前关注的焦点之一，具有重要意义。

图一. CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3 和 CsPbBr3纳米线热导率

基于上述背景，朱嘉教授课题组利用悬空热桥方法系统测试了CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3 和 CsPbBr3 三种钙钛矿纳米线的热导率。测试结果（图一）展示出在35 K到325 K的测试温度区间内，三种材料随温度变化的热导率。通过实验数据与理论分析，可以发现它们的热传输特性受到阳离子动力学控制。一方面，由于有机阳离子的作用，使得CH3NH3PbBr3 结构内无序度增加，其热导率与CsPbBr3相比受到显著抑制。另一方面，两种有机－无机杂化钙钛矿相比，在低温区CH3NH3PbBr3结构内受阳离子动力学影响具有更高的无序度，使其在低温区热导率更低；而在高温区热导率受阳离子动力学影响减弱，由于CH3NH3PbI3 更低的声速度与较高倒逆散射率，使其在高温区热导率更低。此项工作揭示了三种钙钛矿纳米线的本征热传输机理，对理解同类材料热学性质以及构建高性能器件具有重要意义。

课题组博士生王毓熙，朱鹏臣和硕士生林仁兴为文章共同第一作者，南京大学朱嘉教授和范德堡大学 Prof. Deyu Li 为文章的共同通讯作者。纳米加工与表征中心王前进老师给予该工作很大帮助。这一工作还受到国家重点基础研究计划，国家自然科学基金委群体及面上项目，中央高校基本科研业务费专项基金，江苏省优势学科等项目的支持。

wangqiu · 发表于 2018-4-27 08:51:02

Janus吸收体：稳定抗盐的太阳能海水淡化

伴随着人口快速增长和日益严重的水污染问题，可饮用水资源短缺已经成为全球亟需解决的问题。太阳能海水淡化具有低成本、环境友好等优势，是一种清洁、便携的水处理技术，近年来兴起的界面光热转换技术进一步推动了太阳能海水淡化的发展。南京大学的朱嘉教授研究团队已在高效界面光热转换领域发表了一系列工作：首先成功地制备了宽频、高效的等离激元吸收体(Science Advances, e1501227 (2016))；在此基础之上实现了首个基于等离激元增强效应的太阳能海水淡化器件(Nature Photonics, 393 (2016))，从而很大程度解决了系统的光学损耗问题；随后通过二维水通道设计和氧化石墨烯气凝胶结构大大降低了器件向水体的热传导损耗 (PNAS, 13953 (2016)；Advanced Materials，1604031 （2017）)；接着提出并实现了基于仿生设计的“人工蒸腾”结构，进一步降低三项热学损耗（热传导、热对流和热辐射），大大提高了光-蒸汽转换效率（Natl. Sci. Rev.,5: 70-77, (2018) ；Advanced Materials,1606762 (2017)）。

随着微纳结构调控对光-蒸汽转换效率的有效提高，如何解决海水淡化过程中吸收体本身的结盐问题及其海水淡化性能的稳定性问题成为学界、业界共同关注的焦点之一。

针对这一问题，南京大学朱嘉教授研究团队设计并合成了一种新型的“Janus吸收体薄膜”，为解决太阳能海水淡化过程中吸收体的结盐问题提供了一条有效的路径。在这一工作中，课题组通过微纳结构设计，将光吸收、水蒸发层与水传输层作功能区分，同时利用连续电纺技术制备出具有不同亲疏水性的双层结构。在太阳能海水淡化过程中，实现了水蒸发区域与无机盐离子传输区的功能性与结构性隔离，从而有效地抑制了“Janus薄膜”材料表面的结盐问题，相较于传统吸收体材料，其性能稳定性大为提升。实验发现在连续使用16天后，“Janus薄膜”材料仍能保持稳定的水输出能力（1.3 kg m-2 h-1），而传统吸收体水输出的能力则伴随使用时间延长逐渐衰减。

该“Janus薄膜”吸收体制备过程简单，成本低，且柔韧性良好，能有效抑制结盐问题，提高海水淡化性能稳定性，为这一技术的大规模应用进一步奠定了基础。

相关工作近期发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201702884）上。

baiyangdian · 发表于 2018-5-9 08:50:05

Solar RRL：蒸镀辅助的溶液法制备锡基钙钛矿电池

有机无机卤化钙钛矿材料，自2009年用于太阳能电池后，引起了科学界的广泛关注。由于出色的吸收特性，较低的缺陷态密度，优异的载流子扩散距离，钙钛矿材料在光电器件领域取得了长足的进步。尤其是光伏方面，电池的效率已从3.8 %达到了认证的22.7 %。目前，钙钛矿光电器件的吸光层多为铅基钙钛矿，其中铅元素对生态环境具有相当的毒性。取代铅元素以制作对环境友好的无铅钙钛矿电池是科学界正在努力的方向。

目前，与铅同主族的锡元素是一合适的替代选择，基于锡基的钙钛矿多用溶液法制备。与铅基材料相比，锡基钙钛矿薄膜结晶速率快，成膜过程难以控制，较难形成致密无孔的膜层。而吸光层的孔洞对于光伏器件是极有害的。它会增加界面复合，减少载流子寿命，影响电池的性能。为解决成膜不致密的问题，通常考虑采用热蒸镀法进行膜层制备。但完全的热蒸镀法对于掺入膜层的抗氧化剂—-氟化亚锡的用量及均匀性难于精确调控（锡基钙钛矿材料易于氧化，需加入氟化亚锡以抑止二价锡元素的过度氧化）。

基于以上的考虑，南京大学朱嘉教授课题组发展了一种蒸镀辅助的溶液法（Evaporation-assisted solution method，EAS method），将蒸镀法与溶液的方法相结合，在锡基钙钛矿体系里形成致密的膜层。具体来说，通过溶液旋涂法制备碘化亚锡的薄膜，紧接着利用蒸镀法在碘化亚锡表面形成致密的碘化铯的薄膜，最终通过退火可以形成无孔洞的锡基钙钛矿膜层。一方面，此方法吸取了溶液法的优势，可以在溶液中方便地调节氟化亚锡的量达到最优值，且在溶液旋涂的过程中能够保证氟化亚锡的均匀分散；另一方面，充分发挥热蒸镀法的优点，利于形成致密无孔洞的锡基钙钛矿膜层。膜层质量的提高对太阳能电池效率的提升具有较大帮助。通过比较，传统一步溶液法所制备的无铅CsSnI3电池效率在1.34% 左右，而通过EAS方法，电池的效率达到了2.23%，具有明显的提升。

研究人员相信此种方法不仅可以用于CsSnI3太阳能电池的制备，还将运用于各种成膜困难的材料体系以取得提升的器件性能。

本工作发表在Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201700224）上，第一作者为南京大学现代工程与应用科学学院博士生朱鹏臣。

jwkj · 发表于 2018-5-31 11:38:22

南京大学朱嘉教授获2018年度陈嘉庚青年科学奖技术科学奖

2018年度陈嘉庚科学奖、陈嘉庚青年科学奖于5月30日下午在北京揭晓并颁奖，共有6个项目获得陈嘉庚科学奖，6位青年科学家获得陈嘉庚青年科学奖。南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授荣获2018年度陈嘉庚青年科学奖技术科学奖。

陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖是由陈嘉庚科学奖基金会设立、在中国科学院学部平台运作的科技奖励。陈嘉庚科学奖与陈嘉庚青年科学奖分别设立6个奖：数理科学奖、化学科学奖、生命科学奖、地球科学奖、信息技术科学奖和技术科学奖。陈嘉庚科学奖每两年评选一次，每个奖项每次评选一项，如无符合标准的项目可以空缺。

朱嘉教授

据悉，朱嘉教授此次获奖成果为《基于微纳结构的高效太阳能光热转换》。在众多的能源形式中，太阳能作为一种可再生能源，一直是国际上的一个研究热点与前沿领域。微纳结构由于其特殊的尺度和形貌，显示出了完全不同于传统材料的光、热、电学特性，给太阳能的转换与利用提供了全新的机遇。

长期以来，朱嘉教授带领其研究团队围绕微纳结构调控、高效光热转换及其太阳能海水淡化方向开展研究，在Nature Photonics、Science Advances、PNAS、Advanced Materials等国际权威期刊发表一系列创新性成果，研究成果多次被Science、Nature、参考消息、MIT Technology Review、中国科学报等国内外学术、新闻机构作专题报道，并多次受邀在国际会议、著名学府及政府部门做专题报告，产生了一定的国际影响。

朱嘉教授于2003年获南京大学物理学学士学位，在美国斯坦福大学电子工程系获硕士及博士学位，随后在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室从事新能源和环境领域的博士后研究工作。2013年9月，他积极响应国家引进高层次人才的号召，入选中组部“青年##”计划，并于同年回到母校南京大学，投身科研与教学一线。此前，他带领其研究团队围绕微纳结构调控、高效光热转换及其太阳能海水淡化方向开展研究并取得一系列突破性研究成果。

2016年，朱嘉教授获评江苏省首届“青年双创英才”、麻省理工学院技术评论2016年度“全球科技创新人物”，为中国大陆入选的两位学者之一，同年获得杜邦“青年教授”奖，为该年唯一一位来自中国的获奖科学家。此外，朱嘉教授积极指导学生进行科研探索，参加科创赛事。学生宗麟奇的研究成果以第一作者身份发表在《纳米快报》，该生毕业时收到了包括斯坦福大学材料工程PhD全奖、芝加哥大学、耶鲁大学、加州理工大学在内共九所学校的offer；学生团队研究成果在“挑战杯”南京大学校赛预赛和大学生学术科技作品展中均获得特等奖，在第十八届中国科协年会全国科技工作者创新创业大赛中获得银奖荣誉。

shuipao · 发表于 2019-9-27 09:04:59

jiajie · 发表于 2019-11-27 20:01:20

近日，南京信息工程大学胡晓珍博士和南京大学朱嘉教授基于近期工作和已有文献报道，以“Tailoring Aerogels and Related 3D Macroporous Monoliths for Interfacial Solar Vapor Generation”为题，全面总结了气凝胶及其相关的三维多孔材料在界面光-蒸汽转换领域的最新研究进展。该综述概括了气凝胶用于界面光-蒸汽转换的天然优势和结构、组成的基本设计原则，介绍了气凝胶制备及其微纳结构的调控方法，阐述了孔结构增强光吸收和降低热导率的物理机制，并列举了不同成分气凝胶的孔结构、光吸收、热传输、亲水性等性质及其在光-蒸汽转换领域的性能。

文章最后讨论了气凝胶在基于高效光-蒸汽转换的水处理过程中所面临的机遇、挑战和未来可能的发展方向：(1)通过引入环境能量或降低水的蒸发焓可突破水蒸发速率的理论极限；(2)实际应用中，如何通过材料设计实现长程循环和良好的抗盐抗污性能具有重要的研究价值；(3)持续推进大规模应用，包括材料的大规模制备和降低成本方法的探索等。我们相信，通过不懈努力，在不久的将来，气凝胶基界面光-蒸汽技术将为世界范围的饮用水短缺问题提供解决方案，同时将在高效利用太阳能领域发挥重要作用。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201907234）。

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[专家学者] 南京大学能源科学与工程系朱嘉

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