张文超,现为中南大学特聘教授,博士生导师,澳大利亚伍伦贡大学博士、博士后,美国凯斯西储大学访问学者,国家海外高层次青年人才,科技部国家重点研发计划首席青年科学家,湖南省“百人计划”青年项目入选专家,国家基金委创新群体、科技部重点领域创新团队青年骨干。从事冶金工业固废资源化利用研究。师从澳大利亚科学院与工程院院士郭再萍(Australian Laureate Fellowships)和美国发明家科学院院士,欧洲科学院院士,澳大利亚科学院院士戴黎明教授(Australian Laureate Fellowships)。近五年,在 Sci. Adv.、Joule、J. Am. Chem. Soc.、P. Natl. Acad. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等顶级期刊,Natl. Sci. Rev.等国内卓越学术期刊,Water Research, ACS ES&T Engineering,J. Hazard. Mater.等领域权威期刊发表论文 80 余篇,NI 指数论文 20 篇,被引用次数超过 8500 次,10余篇入选 ESI高被引论文,H 因子42。其中发表在 Joule 上的论文入选为同年最受读者欢迎论文之一。先后主持国家自然科学基金面上及青年等项目 3 项,以及澳大利亚同步辐射研究项目等,主持国家科技部重点研发青年项目1项,曾获澳大利亚研究理事会优秀青年基金(Australian Research Council Discovery Early Career Researcher Award),参与湖南省自然科学基金重大项目(揭榜制)、澳大利亚研究理事会资助项目 3 项,郴州、贵州等地重大科技专项,中南大学前沿交叉项目等。
成果一:构筑了以低去溶剂化能、快离子导率的钾离子为载荷的高比能电化学存储系统。率先将磷化锡合金类电极材料应用于钾离子电池阳极,其放电电位(0.1V)显著高于其在钠电中放电/电镀电位,有效减少循环过程中枝晶生成。阐明新体系相变机理(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139(9), 3316-3319,Joule,2018, 2, 1534),形成高比能钾离子储能技术原型,相关论文引用超800次。基于该系列研究成果,课题组获得澳大利亚政府250万元资助(Discovery Project,DP170102406)。此外,申请人开发了新型K-CO2电池(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3470-3474),制备氮掺杂碳纳米管-还原氧化石墨烯复合催化剂,实现高效电子/电解质/CO2传输,电池寿命超过1500 h,具有922 Wh/kg高理论能量密度。以该工作为基础,课题组于2020年得到澳大利亚政府250万元资助(Discovery Project,DP210101486)。申请人总结相关研究工作,提出了钾离子电池未来向实际应用发展的可能途径,在(Sci. Adv..2019, 5 (5), eaav7412)上发表综述论文,引用超1500次。同时获得媒体界广泛关注,被知名媒体人Dr. Phil Dooley在Cosmos杂志上以“Race for potassium batteries hots up”为题进行专题报道。
成果二:申请人建立多种溶剂分子协同阴离子调控界面组分的新方法,阐明溶剂特征对溶剂化结构与界面相的影响机制。发现TEGDME溶剂的饱和电解质有助于降低产物溶解,可缓解离子阳极氧化,高通量的离子传导有效抑制枝晶生长与副反应(Nano Energy. 2021, 84, 105927)。此外,选用TEP为溶剂,设计高安全性的钾离子电池电解质(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 132, 3667-3673),该溶剂有助于形成均匀稳固的固体电解质界面层,解决了电化学循环界面不稳定的难题。申请人对比DMSO、TEGDME溶剂形成溶剂化结构,发现前者表现出更低的溶剂分离离子对和接触离子对,促进电解质更高的离子电导率和更低的极化(Proc Natl Acad Sci. 2023, 120 (14), e2219692120)。同时,高DN值的溶剂促进阴离子进入溶剂化壳层,有利于电极界面形成稳固的固态电解质层,明确溶剂化结构、离子传输速率及界面膜在正极表面的形成机制。
成果三: 申请人建立了电解质中阴离子调控新方法,首次揭示界面相组分与溶剂化结构的关联机制。发现盐溶质有助于磷基阳极界面层的形成,减少界面副反应,提高电池循环性能。阐明阴离子对界面相均匀性的调控机制,解决电化学循环界面不稳定的难题,为盐化学调控界面相组成与分布提供理论依据(Nano Energy, 2018, 53, 967-974)。基于此,通过双盐电解质设计,调控溶剂化结构中阴离子簇间结合,成功构建稳定有效的固液反应界面。研究电化学界面处催化过程,首次发现了固体电解质层中有机C-N位点会显著影响电子迁移规律(Nat Com. 2024,15,3393),通过构建丰富的活性位点可有效提升界面催化反应的可逆性,提高了Li-CO2电池循环寿命,为新型储能器件发展与设计提供了新思路。
成果四:针对城市矿产中资源提取效率低、回收路线长、环境风险高、产物纯度难提升的问题,申请人设计分子间相互作用可控的绿色共晶溶剂材料,构建竞争配位强化金属资源高效提取与选择性分离新方案,利用材料组分基团的超共轭效益与分子间范德华作用(Advanced Materials, 2025),强化材料组分在反应界面的迁移动力学,实现金属资源的高效提取与差异化配位。资源回收率大于95%,分离产物纯度大于95%(Angew, 2024),申请发明专利5项。
1. 2019年7月-2021年2月,澳大利亚伍伦贡大学,博士后研究员
2. 2021年3月-至今,中南大学,冶金与环境学院,特聘教授