高原绿色能源研发与应用创新团队结合青海的“四地”发展战略，针对青海地区富有的绿色能源，进行能源高效转换、储存研究，力争为青海打造国家清洁能源产业高低做出一定贡献。同时物电学院开展材料物性的研究，探究能源转换、储存材料的物理原理，也可以有力地支撑物理学科的发展。
习近平总书记在青海考察时指出，要立足高原特有资源禀赋，积极培育新兴产业，加快建设世界级盐湖产业基地，打造国家清洁能源产业高地、国际生态旅游目的地、绿色有机农畜产品输出地。
青海省雄踞于青藏高原之上，素有“中华水塔”“三江之源”的美称。矿产资源和年平均太阳直射量位居全国前列。如何利用好青海的绿色能源？如何将青海丰富的光、热进行高效转换、储存，必然是青海应该思考的问题。
青海师范大学物理与电子信息工程学院具有物理学一级学科硕士点，其下设的凝聚态物理就是聚焦固体、液体等力热光电性能的研究，探究物性之间的逻辑关系。近年来已经开展了能量转换、储能等材料的物性研究，在锂电池、钠电池等储能材料，光催化制氢、合金储热、合金储氢、光能催化降解方面积累了一定的经验。
清洁能源转化和存储关键技术问题主要是太阳能到电能、氢能或其他可燃气体等二次能源的转化技术。针对清洁能源供给不稳定，发展与研究二次能源存储技术。储能技术利用最为广范的是电化学储能。其中，作为高效的电化学储能器件，锂离子电池、钠离子电池和超级电容器已广泛应用于电子设备中。然而，电动汽车、新能源存储、可穿戴智能设备以及航空航天等领域对其能量密度、功率密度、安全性、环境负荷及可穿戴便携性提出了更高的要求。二次电池电极材料的表界面结构以及界面上的电化学反应对提高器件的能量密度、功率密度等至关重要。因此，阐明电极材料的表界面效应、以及电荷输运与存储机制是提高电化学储能器件性能的关键科学问题。清洁能源利用过程中，多器件耦合技术的研究对能源利用效率具有很大的影响，主要涉及太阳能电池和储能器件耦合，太阳能电池和制氢系统的耦合。
能源的另一储存方式是相变储能。目前国内外研究比较成熟的金属相变合金的是铝基合金相变储热合金，其具有导热系数大、储能密度大及工作温度稳定等优点。金属镁的许多性质与铝相近，以镁代替铝作为合金的主要元素来研究镁基储热合金的储热性能具有一定的可能性。此外，镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，其中青海镁资源储量丰富，我国属多盐湖国家，盐湖卤水中蕴含着丰富的镁资源，以青海察尔汗盐湖为例，据探测氯化镁储量165亿吨，占全国镁盐资源74%。目前，对镁资源的利用，主要集中于生产轻质结构材料以及部分电池电极，利用镁资源生产高储能密度镁基相变储热合金，拓展了镁资源的使用范围，提高了镁资源的附加值。因此，依托青海镁资源，开发具有高储能密度镁基相变储热合金，对推动新能源消费产业、拉动地区经济增长具有重要的现实意义。镁合金的储热性能的研究，目前仅局限于二、三元合金的研究。研究表明，元素的合理配比，可以得到溶点更低，综合储热性能更好的四元、五元等多元合金储热材料。现有研究对镁基相变储热的性能表征也不够深入，一定程度上停留在对其相变温度和相变潜热的测试上，对其在长期热循环过程中的稳定性，比热、热导率等参数变化的机理方面研究很少，合金的热物理性能在文献中也尚未见到报道。
氢能作为一种高效、清洁的理想可再生能源，具备易存储、能量密度高、燃烧产物无污染等诸多优势而备受关注。青海具有丰富的光能、电能，利用光、电催化制氢，可以进行能量的转换储存。近年来，随着能源危机和环境污染等问题的日益严重，发展可再生能源已成为全球的共识，在众多制氢技术中，电解水制氢因其操作简便、成本低廉且无污染，加之所需电能可从风能、太阳能等清洁能源获得，被认为是一种最具潜力的制氢途径。目前，电解水制氢面临的最大问题是电解电极的析氢过电位过高、电能消耗大，导致生产成本偏高。因此，电解水制氢产业发展的关键是研究和发展过电位较低的材料作为电催化剂。
开发安全、高效、经济的氢气储运技术是发展氢能经济的关键环节。固体储氢材料是一类对氢气具有良好吸附性或能与氢发生可逆化学反应而实现氢气储存的材料，具有体积储氢密度高、使用安全、储运便利等优势。其中，镁基储氢材料以其理论储氢密度高（质量和体积储氢密度分别为7.6%和110 kg/m3）、吸放氢可逆性良好、资源丰富、成本低廉和无毒的优点受到广泛关注。氢能源的使用，对镁资源的利用提供了新的途径。并且，氢能源作为一种清洁能源，随着高密度镁基储氢合金的研发与应用，必将减少二氧化碳的排放量，为实现“碳达峰、碳中和”目标做出贡献。但是由于Mg-H键的热力学稳定性过高，氢分子在金属镁表面的解离和氢原子在MgH2表层的重组相对困难，氢原子在Mg，尤其是MgH2基体中扩散速率较慢，导致MgH2放氢温度高于400°C，对应的脱氢反应焓变为75 kJ/mol，所以镁基储氢材料活化困难，吸放氢动力学性能较差，限制了其规模化的商业应用。因此，通过合金化的方法合成纳米催化相及通过化学法合成纳米催化剂可能成为未来镁基储氢合金研究与应用的方向。
光能的另外一利用是催化降解有机污染物。半导体光催化技术可以利用太阳能降解有机物，被认为是解决环境污染的理想“绿色”技术。这就为利用光催化技术的解决青海省环境污染和能源短缺问题奠定了先天的优势。然而，传统的光催化剂由于其能带较宽，使得其光吸收范围有限，不能很好的利用太阳能。另外，光催化剂在电荷迁移过程中，光生电荷的大量复合也是导致光催化效率较低的原因。对于以上问题，我们主要利用贵金属修饰、元素掺杂、表面无序工程、构建异质结等改性方法对光催化剂进行改性，达到提高光催化效率的目的。另一方面，主要探索和解决混合溶液中混合染料的降解和染料与重金属离子的协调催化。
四、研究内容
1. 高原清洁能源转换研究
针对青海地区丰富的光热能，开展光伏热电转换的集成利用的关键技术。通过优化光伏电池的制备工艺，开发原位P-N结技术、先进陷光和表面钝化等技术，研制出效率超过18%的轻质柔性单晶硅薄膜太阳能电池器件，有效提高能量的转换。
2. 电能储存、转换技术研究
(1) 基于高性能锂离子电池和钠离子电池开发低成本高能量密度大规模的电化学储能材料，采用“光伏+储能”思路实现高效率能量转换与储存。
(2) 高原光电催化制氢研究，将电能转化为氢能。通过提升电解池中电能到化学能的转换效率，以及采取优化器件匹配的方式提高太阳能电池和电解池联合产氢的效率，缩小电力成本，从而开发高效的电解水制氢设备。
研究包括过渡金属的硫化物、硒化物、硼化物、碳化物、氮化物、磷化物及一系列的分子型电催化剂的催化活性，结合资源丰度选择合适的电解水制氢催化材料。通过增加原子暴露边缘、构建非晶、利用掺杂构建缺陷等方式调控催化剂活性位点，增强催化剂的析氢反应活性。通过将催化剂与高导电性材料复合、构型调控等手段提高催化剂的导电性进而进一步增强催化剂的析氢反应活性。
(3) 轻质高强韧、高储能密度镁基相变储热合金研究。以青海丰富的镁资源为基础，拟以镁基材取代传统铝基材料，制备出相变温度范围合适且相变潜热髙的系合金相变储热合金。通过对其相变温度、相变潜热、比热容、热导率等热物理性能的研究，探索镁基合金作为相变储热载体在特定成分下的储热性能，研究分析镁基合金作为相变储热载体并应用于中高温储热领域的可行性，以为今后研究增大范围。具体如下：a）研究不同成分的系合金的相变温度、相变潜热等热物性参数，分析其储热能力，并优化合金成分配比；b）研究Cu、Si元素的加入对选定合金的储热性能的影响并分析其影响机理。设计热循环试验，研究基合金的热循环稳定性，评价其长期服役的实用性。（3）研究镁基储热合金的热循环稳定性问题。研究合金内部组成、结构与自身相变温度、潜热的内在联系，以及合金自身在进行多次热循环后的组织结构和热物理性能的变化。
(4) 高密度镁基储氢合金研究，探究氢能的储存技术。以青海盐湖丰富的镁资源为基础，开展高密度镁基储氢合金的制备和改性研究，包括利用过渡金属( TM )和稀土元素( RE )合金化、掺杂表面催化剂、减小Mg/MgH2晶粒/颗粒尺寸。a）过渡金属原子具有特殊的d能带核外电子结构，因此，利用Ti、Fe、Co、Cu、Ni等过渡金属合金化可以有效减弱Mg-H键的稳定性，加快氢分子在金属镁表面的解离及氢原子在MgH2亚表层的重组。b）制备表面分布丰富催化位点的高活性镁基储氢合金是实现快速吸放氢的关键。大量的理论和实验研究表明，掺杂表面活性剂能够有效改善镁基储氢合金的吸放氢动力学性能，甚至减弱Mg-H键稳定性。c）晶粒和颗粒尺寸是影响镁基储氢合金热、动力学性能及储氢量的关键因素。合成纳米相催化的Mg基纳米复合合金，使其晶粒尺寸更细小，且与基体的结合性更好，因此，具有更优的催化活性和结构稳定性。
3. 光能催化降解环保科学
利用光能降解污染物，开发绿色环保的材料。以开发新型可见光光催化剂、改性光催化剂和研究混合与协调催化机理这三个目标为研究对象，利用水热法、共沉淀法、溶胶凝聚法等设计新型可见光光催化剂。利用常见的一些改性策略对光催化剂进行改性获得更高效的复合光催化剂。研究单一染料、混合染料的光催化效率和单一重金属离子和染料与重金属离子的协调催化效率。
五、成员简介
1. 彭尚龙 教授
彭尚龙，男，兰州大学理学博士。兰州大学材料与能源学院教授、博士生导师，中国物理学会半导体物理专业委员会委员，中国化工学会化工新材料委员会委员，甘肃省材料学会理事，甘肃省机械工程学会热处理与表面工程分会理事，甘肃省陇原创新创业人才项目入选者，兰州大学五四青年奖章获得者。兰州大学清洁能源材料与器件研究所所长，并先后承担国家自然科学基金项目、新疆生产建设兵团科技攻关项目、深圳市知识创新计划项目和甘肃省自然科学基金重大项目等10余项。主要从事纳米能源材料的设计、表界面调控及其在能量转换与存储领域的应用。涉及新型高效太阳能电池研发，高性能二次电池(锂/锌/钠离子电池)/超级电容器研发，分布式光伏电解水制氢开发。已在Advanced Science, Advanced Energy Materials, Nano Energy, ACS Energy Letters和J. Mater. Chem. A等国际权威期刊上发表SCI论文100余篇，其中影响因子大于10的论文有15余篇，多篇论文入选高被引。多项工作工作被国际著名科学媒体网站作为亮点评述，并被腾讯和搜狐等门户网站报导。同时兼任Characterization and Application of Nanomaterials期刊编委，Advanced Energy Materials, Nano Energy, J. Mater. Chem. A等国际知名期刊的审稿人和仲裁人，以及国家自然科学基金委员会通讯评议专家和教育部学位中心评议专家。曾受邀多次在国内外重要学术会议上做特邀报告。
2. 祁菁 教授
祁菁，女，兰州大学博士。兰州大学材料与能源学院教授、博士生导师。2011年加州大学电子工程系博士后出站。2006年兰州大学获博士学位。主要从事信息存储材料与器件、能源存储材料与器件、催化制氢等方向的研究工作。主持完成国家自然科学基金、甘肃省科技计划、中央高校科研业务费、磁学与磁性材料教育部重点实验室开放课题等科研项目。在ACS Nano、J. Mater. Chem. A、Nanoscale等学术刊物中发表SCI论文38篇。在国际、国内会议中作学术报告19次，其中国际会议邀请报告1次。研究工作被Phys.org、IEEE Spectrum、UCR Today、兰大新闻等媒体积极报道。指导研究生获2017-2018学年甘肃省优秀硕士论文、2020年和2018年兰州大学优秀硕士论文；指导本科生获“挑战杯” 国家（第十五届中国银行全国大学生课外学术科技作品竞赛）二等奖、第十一届“挑战杯”甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛获一等奖。
3. 黄湘宁 教授
黄湘宁，男，教授，1985年青海师范大学物理系毕业，留校任教。先后在学校理化实验中心、电教中心、民族师范学院教学管理处，实验设备管理中心、物理与电子信息工程学院工作，曾任理化实验中心副主任、电教中心主任、民族师范学院教学管理处副处长、实验设备管理中心副主任、主任、物理与电子信息工程学院常务副院长等职务。承担过《理论物理概论》、《近代物理实验》、《现代教育技术概论》、《计算机应用》、《C语言程序设计》、《计算机辅助设计》、《C++语言程序设计》、《现代仪器分析》、《单片机技术与应用》等教学任务。发表《藏文音素拼读法多媒体教学软件的设计与实现》、《关于四波混频的理论探讨》、《大气湍流强度对受限拉盖尔高斯光束轴向光强分布影响的模拟》、《基于图论的节点分析》、《基于DNA图谱的藏药品质检测方法研究与仿真》等学术论文，参编教材《新编计算机应用》面向21世纪高等院校计算机规划教材铁道出版社。科研项目：《具有高原特色的动物学多媒体教学探索与实践》获青海师范大学校级科研一等奖；《三种模式下的藏汉多媒体教学软件应用》获青海省教育厅科研项目一等奖；《浅谈远程教育与边远地区人才培训》获青海省教育厅、青海省电化教育学会电教论文评审二等奖。
主持青海省科协国家级科技思想库决策咨询调研课题 《青海省高等教育促进区域经济发展问题研究》 、 《青海省科技创新信息服务体系建设及对策研究》、青海省科技厅重点研发与转化计划项目《高海拔农牧区村镇垃圾无公害处理研究示范项目》。参与国家自然科学基金项目《藏药X射线衍射指纹图谱专家系统网格的构建》；青海省科技厅火炬计划项目《藏文音素拼读法多媒体教学软件的设计》；青海省科技厅项目《土族非物质文化遗产的传承与数字化保护研究》、《藏戏数字化保护与平台建设研究》。
4. 周金元 教授
周金元，男，汉族，1981年生，博士，教授，博士生导师。本、博就读于兰州大学物理科学与技术学院，2002年获学士学位（物理学），2010年获博士学位（凝聚态物理）。2010-2012年新加坡南洋理工大学航天与机械工程学院博士后。目前主要的研究方向为：半导体纳米材料的制备及光电、气敏性能研究，碳纳米管及其复合材料的力电性能研究，以及在新能源器件中的应用。主持和参与国家自然科学基金4项，甘肃省自然科学基金2项；已在Science Advances、 Advanced Materials、ACS Nano、Energy Storage Materials、Sensors and Actuators B: Chemical、Appl. Phys. Lett.等国际知名SCI期刊杂志上发表了150篇学术论文，总引用次数为4400余次，H-index为38，（Google Scholar 2021.10）。
5. 彭鹏 教授
彭鹏，男，博士，兰州大学物理学院副教授、硕士生导师。现任甘肃省材料学会理事，甘肃省材料学会青年工作委员会委员。2003-2013年于哈尔滨工业大学材料学院学习，师从傅恒志院士与郭景杰教授。2016年至今任兰州大学物理学院副教授。主要面向国家“低碳-绿色”对金属材料的需求，从事包括新型TiAl合金及Ni基高温合金在内航空结构材料等新型有色金属材料的制备及性能等方面的工作。主持者包括国家自然科学基金面上项目、青年项目、教育部装备预研基金、甘肃省重点研发计划(工业类)在内科研项目十余项，获批2020年青海省“高端创新人才千人计划”。发表Scripta Mater., Applied Physics Letters等SCI论文50余篇，发明专利4件，编著教材2部。
6. 县涛 教授
主要从事纳米光催化材料的研究工作，针对钙钛矿型光催化剂开展了制备和改性研究，取得了具有一定创新性的成果。在《Materials Letters》《Journal of Alloys and Compounds》《Materials》《Nanoscale Research Letters》《Journal of Sol-Gel Science and Technology》和《催化学报》等国内外重要SCI期刊上发表学术论文40余篇。目前主持完成国家自然科学基金青年项目1项，省部级教科研项目4项，校级教科研项目3项。指导本科生创新项目6项，省级本科生科技创新项目1项。获甘肃省高校科技进步二等奖和三等奖各1次，获青海师范大学校级青年教师教学竞赛二等奖1次，获青海省小岛奖励金1次。2017年入选青海省“高端创新人才千人计划”。
7. 王甲泰 副教授
王甲泰，男，兰州大学材料物理与化学专业博士。青海师范大学物电学院副教授、硕士生导师，青海省高端创新人才千人计划拔尖人才。从事包括锂离子电池、钠离子电池等新型储能材料的制备及性能等方面的工作。主持省级项目2项，发表论文10余篇，申报获批各类专利10余件，指导学生获省级奖项2项，国家级铜奖1项。
8. 康宇龙 副教授
康宇龙，男，工学博士，青海师范大学物电学院副教授、硕士生导师。2017年于燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室获工学博士学位。青海师范大学物理与电子信息工程学院副教授、硕士研究生导师。2018年入选青海省“高端创新人才千人计划（引进拔尖人才）”。现主持青海省自然科学基金1项，参与青海省自然科学基金2项。主要从事中低温区热电功能材料的制备及热电性能的研究。近年来在Journal of Alloys and Compounds、Materials Letters、Journal of Materials Science: Materials in Electronics、AIP Advances J等SCI学术刊物上发表论文6篇，获得2个国家发明专利。
9. 后小毅 讲师、博士
后小毅，男，1991年生，兰州大学凝聚态物理专业博士，青海师范大学物理与电子信息工程学院副教授、硕士研究生导师。2019年入选青海省“高端创新人才千人计划”拔尖人才。主要研究方向为新能源储能材料与器件，尤其是锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等。目前在Chemical Engineer Journal、Journal of Alloys and Compounds、Materials Letters等期刊发表学术论文多篇。
10. 魏学刚 讲师
魏学刚，男，青海师范大学物理与电子信息工程学院讲师，兰州大学凝聚态物理专业博士在读。主要从事光催化降解有机物、光催化制氢以及光电催化制氢等方向的研究工作。主持完成教育部“春晖计划”1项；主持青海师范大学中青年自然科学基金2项，其中1项已结题，1项在研；参与和完成国家自然科学基金1项；参与和完成青海省青年自然科学基金1项。第一作者发表科研论文5篇，其中SCI论文2篇，核心论文3篇。指导本科生获批和完成青海师范大学创新创业项目2项。
