哈工大材料学院方海涛

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方海涛
博士生导师
目前就职材料科学与工程学院
所在学科 材料科学与工程
电话13633611057
邮箱htfang@hit.edu.cn
地址哈尔滨市西大直街92号


个人简历
1990-1994：哈尔滨工业大学 应用化学系 电化学专业 学士学位
1994-1996：哈尔滨工业大学 应用化学系 应用化学专业 硕士学位
1996-2001：哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 材料学专业 博士学位
2001-2003：中科院金属研究所 博士后
2003.12-2009.11：哈尔滨工业大学 材料物理与化学系 副教授
2004.7-2004.12：中科院金属研究所 青年访问学者
2007.10-2007.12：加拿大西安大略大学 化学系 访问学者
2009.11-至今：哈尔滨工业大学 材料物理与化学系 教授、博士生导师
2013.12-2014.11：美国劳伦斯国家实验室 访问学者

发表学术论文30余篇。SCI他引总计1020余次。
获得2011年度黑龙江省自然科学二等奖，本人排名第2。
国际学术刊物Adv Funct Mater、Carbon、ACS Nano、Chem Mater, J Phys Chem C、Mater Lett、Mater Res Bull、J Appl Phys、J Electrochem Soc、 Int J Hydrogen Energy、Appl Surf Sci等邀请审稿。
国家自然科学基金通讯评议人。
荣誉称号
入选2008年度国家教育部新世纪优秀人才支持计划
2002年度哈工大优秀博士毕业论文


学生培养
经本人面谈考核后，为有意向在我组攻读博士学位的硕士毕业生提供短期研究助理岗位。待遇与入学博士一致，安排在哈住宿。
2003年12月回校工作以来，本人共指导了22名硕士生和18名本科生毕业: 12名硕士毕业论文被评为优秀（其中7名获得校优秀硕士研究生金/银奖）；7名本科生毕业论文被评为优秀（其中4名为校优秀毕业论文）。
指导国家级大学生科技创新项目2项，获校一等奖1项。


主要研究方向
电化学能量储存转化材料与化学电源（锂离子电池、超级电容器和锂硫电池）
气体敏感材料与气体传感器
功能纳米材料表面与界面电子结构
电极/电解液界面
科研项目
航天创新基金（重点），锂离子蓄电池NCA正极表面改性研究，2016.1~2017.12，负责人
中国航天科技集团-哈尔滨工业大学联合技术创新中心重点项目，锂离子电池过放电失效机理与防护技术研究，2014.6~2016.5，负责人
上海航天科技创新基金（重点），锂硫蓄电池技术研究，2013.7~2015.12，负责人
黑龙江省科教强省科技创新项目，金属氧化物纳米管阵列气体传感器的研究，2013.9~2015.12，负责人
国家自然科学基金（面上），基于SEI 膜演化动力学和理化性质研究高电位正极材料LiNi0.5Mn1.5O4表面改性作用机理（51272051），2013.1~2016.12，负责人
哈尔滨优秀学科带头人项目，石墨烯包覆改性高电位LiNi0.5Mn1.5O4尖晶石的制备及其电化学脱嵌锂性能与机理（RC2012XK017008），2012.05~2015.05，负责人
教育部博士点基金（博导类），基于含Ti聚合物前躯体分解制备介孔二氧化钛/石墨烯复合材料及其电化学储放锂性能(20112302110014)，2012.1~2014.12，负责人
国家自然科学基金（面上），RuO2/TiO2复合纳米管阵列的制备及其高倍率电化学储放锂性能（50872026），2009.1~2011.12，负责人
国家自然科学基金（青年基金），二氧化锡包覆碳纳米管一维纳米复合材料室温氢敏性能与机理 (50602011)， 2007.1~2009.12，负责人
科技部863项目子课题，型新锂离子动力蓄电池（2008AA11A104），2009.1~2011.5，子课题负责人
黑龙江省自然科学基金，金属氧化物包覆碳纳米管复合材料的氢敏特性 (E200517)，2006.1~2007.12，负责人
黑龙江省博士后基金，碳纳米管电化学氧化行为的研究，2004~2006，负责人
中国博士后科学奖励基金，2001年，负责人
中国科学院王宽诚科学奖励基金，2002年，负责人
辽宁省博士启动基金，纳米碳管电极电化学储氢研究（10200072002），2002年，负责人


代表性学术论文
Feng BM, Wang HX, Zhang YQ, Shan XY, Liu M, Li F, Guo JH, Feng J, Fang HT*. Free-standing hybrid film of less-defective graphene coated with mesoporous TiO2 for flexible lithium ion batteries with fast/discharging capabilities. 2D Materials, 2017, 4, 015011


Wang DN*, Wang HX, Yang JL, Zhou JG, Hu YF, Qiao QF, Fang HT*, Sham TK. Dynamic study of sub-micro sized LiFePO4 cathodes by in-situ tender X-ray absorption near edge structure. J Power Sources, 2016, 302, 223-232
Hong D, Guo YF, Wang HX, Zhou JG, Fang HT*. Mechanism for improving the cycle performance of  LiNi0.5Mn1.5O4 by RuO2 surface modification and increasing discharge cut-off potentials. J Mater Chem A, 2015, 3, 15457-15465
Feng BM, Wang HX, Wang DN, Yu HL, Chu Y, Fang HT*. Fabrication of mesoporous metal oxide coated-nanocarbon hybrid materials via a polyol-mediated self-assembly process. Nanoscale, 2014, 6(23): 14371-14379
Zhou JG*, Hong D, Wang J, Hu YF, Xie XH, Fang HT*. Electronic structure variation of the surface and bulk of a LiNi0.5Mn1.5O4 cathode as a function of state of charge: X-ray absorption spectroscopic study. Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16:13838-13842
Fang HT, Liu M, Wang DW, Ren XH, Sun X. Fabrication and supercapacitive properties of a thick electrode of carbon nanotube–RuO2 core–shell hybrid material with a high RuO2 loading. Nano Energy, 2013, 2:1232-1241
Zhou JG, Fang HT, Maley JM, Murphy MW, Peter Ko JY, Cutler JN, Sammynaiken R, Sham TK, Liu M, Li F. Electronic structure of TiO2 nanotube arrays from X-ray absorption near adge structure studies. Journal of Materials Chemistry, 2009, 19:6804-6809.
Fang HT, Liu M, Wang DW, Sun T, Guan DS, Li F, Zhou JG, Sham TK, Cheng HM. Comparison of the rate capability of nanostructured amorphous and anatase TiO2 for lithium insertion using anodic TiO2 nanotube arrays. Nanotechnology, 2009, 20:225701.
Zhou JG, Fang HT, Hu YF, Sham TK, Wu CX, Liu M, Li F. Immobilization of RuO2 on carbon nanotube: an X-ray absorption near-edge structure study. Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113:10747-10750.
Zhou JG, Fang HT, Maley JM, Peter Ko JY, Murphy M, Chu Y, Sammynaiken R, Sham TK. An X-ray absorption, photoemission, and raman study of the interaction between SnO2 nanoparticle and carbon nanotube. Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113:6114-6117.
Wang DW, Fang HT, Li F, Chen ZG, Zhong QS, Lu GQ, Cheng HM. Aligned titania nanotubes as an intercalation anode material for hybrid electrochemical energy storage, Advanced Functional Materials, 2008, 18: 3787-3793.
Fang HT, Sun X, Qiang LH, Wang DW, Li F, Chu Y, Wang FP, Cheng HM. Synthesis of Tin (Ⅱ or Ⅳ) Oxide Coated Multi-wall Carbon Nanotubes with Controlled Morphology. Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112:5790-5794.
Liu CG, Fang HT, Li F, Liu M, Cheng HM. Single-walled carbon nanotubes modified by electrochemical treatment for application in electrochemical capacitors. Journal of Power Source, 2006, 160:785-761.
Fang HT, Liu CG, Liu C, Li F, Liu M, Cheng HM. Purification of Single-wall Carbon Nanotubes by Electrochemical Oxidation. Chemistry of Materials. 2004, 16(26): 5744-5750.
Fang Hai-Tao, Jeon Jae-Ho, Zhu Jing-Chuan, Yin Zhong-Da. Inhibition of liquid Si infiltration into carbon-carbon composites by the addition of Al to the Si slurry pre-coating: mechanism analysis. Carbon. 2002, 40: 2559-2565.
Fang Hai-Tao, Yin Zhong-Da, Zhu Jing-Chuan, Jeon Jae-Ho and Hahn Yoo-Dong. Effect of Al additive in Si slurry coating on liquid Si infiltration into carbon-carbon composites. Carbon. 2001, 39 (13): 2035-2041.
Hai-Tao Fang, Jing-Chuan Zhu, Zhong-Da Yin, Jae-Ho Jeon and Yoo-Dong Hahn. A Si-Mo fused slurry coating for oxidation protection of carbon-carbon composites. J. Mater. Sci. Lett. 2001,20(2):175-177.

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纳米化学成像揭示高电压尖晶石锂离子电池正极中的相分离

以尖晶石镍锰酸锂为代表的高电压正极锂离子电池具有高容量、低成本、环境危害性小以及安全性强等优点，因而得到电池工业界的认可。从基础理论角度考虑，深入理解固态电极中的相分离对于从根本上解决该类材料本征上的稳定性缺陷具有重要的意义。从实用化角度考虑，研究相分离在实际多孔复合电极中的行为，并将其与镍锰酸锂的尺寸效应、晶面调控以及表面钝化膜的相关性进行匹配，是将基础研究与实际应用相结合的理想方法。然而这一设想必须在先进的表征手段下才可以实现。

加拿大光源储能组的周霁罡博士、化学成像线站的王建博士与厦门理工的路密副教授及哈尔滨工业大学的方海涛教授密切合作，创新性地将具有元素以及轨道选择性、化学与电子结构敏感性的透射X光扫描显微技术（STXM）用于研究相分离在多孔电极中的行为。研究人员第一次通过该工作实现了将复杂复合电极循环并经过长时间储存后的多种相分离现象的相关性进行了纳米级别的可视化。相分离后的电极呈现出超乎预测的不均匀化。这种不均匀化与尖晶石尺寸、晶面结构、表面钝化都具有密切的相关性。该研究首次发现，传统上认为只有在快速充放电时才存在的相分离不均匀性可以在近似稳态的反应条件下获得。这一发现对于进一步加深理解相分离的重要电极过程意义重大。该方法可推广到其他电极体系，用于研究反应机理、衰减机理等。

相分离成像是对每一像素单元的吸收光谱使用单一相的光谱分解拟合。该工作基于Principal Component Analysis（PCA）获得各个单一相（Ni4+对应完全充电相、Ni3+对应部分还原相、Ni2+对应完全还原相）。使用PCA可避免外部标准谱引入的人为误差，因而得到的相分离成像更加准确可靠。图c就是使用PCA获得的三种相对应的Ni吸收光谱，相分离的高度不均匀性在图b得到很好的体现，可以看出这种相分离首先在电极厚度方向是不均匀的。其次，这种相分离存在于单一电极颗粒内，不同电极颗粒间的分布是不同的，而且颗粒形貌、大小都对相分离有影响。作者发现，绝大部分的完全还原相（Ni2+）存在于电极颗粒的表面，仅有一种完整电极颗粒存在Ni2+相，但其光谱与形成在电极颗粒表面的Ni2+相不同。这一结果预示着表面的Ni2+应该与高电压正极在充放电循环时生成的表面钝化层相关联。他们通过进一步的观察发现，大颗粒电极的表面钝化层可以完好地保护电极颗粒内部的完全充电相。需要再次强调的是，这种相分离不均匀性是在缓慢的实验条件下获得的，因而其反应的热力学行为应该与电极颗粒的内在性质，包括表面缺陷、元素偏析等相关。相关工作发表在Chemical Communications 上。

该论文作者为：Mi Lu, Jian Wang, Haitao Fang, Yongfeng Hu and Jigang Zhou

Unexpected phase separation in Li1−xNi0.5Mn1.5O4 within a porous composite electrode

Chem. Commun., 2018, DOI: 10.1039/C8CC01866A