能源和环境是当今全球各国面临的重大问题，寻求、开发具有清洁、高效、安全的新能源已成为人类共同关注的焦点。 在发展新能源技术中，能源材料的发展特别是具有微纳结构能源材料的研究和开发是关键，也是当前国际学术界和工业界前沿和热点领域之一。本项目针对能源材料特别是纳米结构碳基材料研究中的一些重大科学问题特别是材料的可控制备、电催化性能以及在燃料电池和锂硫电池中的应用等开展系统的基础研究和相关技术的研发，取得了一系列的具有国际影响的成果。主要发现和技术创新点如下：

    1、 系统地研究了非贵金属电催化氧还原催化剂特别是杂原子（包括硫、氮、硒、硼、磷、卤素等）掺杂纳米结构碳材料（包括碳纳米管、石墨烯等）的可控合成及其电催化氧气还原的性能，以及作为燃料电池无金属电催化氧还原催化剂性能。在国际上首先实现硫对石墨烯的掺杂及其氧还原性能研究，提出了杂原子的参杂“扰动”了石墨烯的电荷分布或电子自旋密度的分布，产生了有利于对氧分子吸附和活化的中心，从而改变了氧气的还原反应历程的机理，提高了石墨烯对氧气还原的性能。同时证明杂原子的共掺杂和多级孔宏观结构有助于提高其性能，为设计和开发具有活性高、稳定性高、寿命长、价格低廉的燃料电池电极材料提供理论指导。相关成果发表在 ACS Nano、 Adv. Mater. 等上，被包括Nat. Nanotech.、Nat. Rev. Mater. 、Nat. Commun. 、Chem. Rev. 、Chem. Soc. Rev.等广泛引用和正面评价。

     2、可控制备了多种多维多级孔碳基材料（包括碳纳米管、石墨烯、生物质碳等）及其复合材料作为锂硫电池的载硫正极材料，发展了多种碳基功能复合插层膜和隔膜材料来吸附、催化转化多硫离子，提高锂硫电池的电池的综合性能。同时设计碳基复合材料改善锂硫电池的锂金属负极的性能和安全性。系统研究了碳基复合材料作为正极材料、差层膜或隔膜的结构与电化学性能及锂硫电池性能的关系。相关成果发表在Adv. Mater. ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci. 等上，被包括Nat. Energy、Joule. 、Nat. Commun. 、Chem. Rev. 、Chem. Soc. Rev.等广泛引用和正面评价。

    3、可控合成了碳材料负载的杂原子（包括氮、氟等）掺杂纳米碳化物（包括碳化钽、碳化钼等）纳米催化剂、系统地研究了其电催化性能（包括HHER，OER，ORR，醇氧化等）。建立了纳米结构碳材料负载的类铂功能材料电子结构的调谐方法，特别是开拓了酸性介质中燃料电池阳极非贵金属催化剂的研究，阐明了本征活性的来源。相关成果发表在Adv. Mater.、 Adv. Sci. 、J. Mater. Chem. A等上，被包括 Nat. Commun. 、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Energy 等广泛引用和正面评价。

    自2011年项目实施以来，研究团队共发表相关研究论文81篇，其中IF（影响因子）>5.0的78，IF>10.0的论文28篇 （包括Adv. Mater. (IF=25.8）4篇、Adv. Energy Mater. (IF=24.9）2篇、ACS Nano（IF=13.9）6篇、Nano Energy （IF=15.6） 3篇、Adv Sci.（IF=12.3）3篇、Nano Lett.（IF=12.3）篇）1篇、J. Mater. Chem. A（IF=10.7) 7篇，Small（IF=10.9）1篇及Energy Storage Mater. 1篇。高被引（包括曾经高被引）论文 13 篇，热点论文 1 篇。总被引次数（根据Web of Science数据）达5500多次。 其中10篇代表论文，总影响因子 208（篇均20.8），被包括 Nat. Energy、Nat. Nanotech.、Nat. Commun.、 Joule、 Nat. Rev. Mater.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res. 等SCI引用 2080次，它引 2010 次）。相关研究获5项国家自然科学基金（包括国家杰出青年基金1项、国际合作重点项目1项、面上项目3）的支持。