可持续发展新能源、环境材料及器件
Sustainable Renewable Energy and Environmental Materials/Devices
一、课题组简介
高云教授课题组的研究目前主要集中在可持续发展新能源和环境材料及器件的研发。其中包括氧化物氢敏材料及器件、硅化物半导体光伏材料及器件、氧化物半导体光电材料及器件、高效可回收光催化剂，超导、多铁等新型材料设计等。课题组负责人由高云教授，黄忠兵教授及G.Shao教授共同组成，针对共同感兴趣的课题展开合作研究。目前课题组有教授、博士生导师3人，副教授、硕士生导师1人，助教1人。近年来课题组承担了多项科研课题，包括国家自然科学基金项目6项、教育部重点项目、湖北省自然科学基金项目、湖北省教育厅项目若干项，发表高水平科研论文近百篇，培养硕士生20余人，博士生1人。

二、课题组负责人
高云教授，博士生导师，材料科学与工程学院副院长

Email: gaoyun@hubu.edu.cn

高云教授，香港中文大学电子工程学院博士、博士后，研究领域为微电子与固体电子学，主要进行低维纳米材料的制备与光电性能研究及其在光电二极管和光伏器件中的应用。曾任日本TDK下属香港SAET电子有限公司主任工程师。此外，还多次赴英国和香港进行学术访问和交流。先后承担了国家自然科学基金、中英科学家网络新基金项目、教育部重点项目、湖北省科技厅研究与开发项目、湖北省自然科学基金、武汉市晨光计划等多项科研项目；在Appl. Phys. Lett.，J. J. Appl. Phys., Thin solid film，Materials Science&Engineering B等国际期刊上发表了近30篇SCI科研论文。


黄忠兵教授，博士生导师，北京计算科学研究中心客座教授

Email: huangzb@hubu.edu.cn

黄忠兵教授，香港中文大学物理系博士、德国威尔兹堡大学博士后，研究领域为凝聚态物理，主要进行高温超导体、有机铁磁、以及多铁材料等关联电子体系材料的设计与物理性质研究。北京计算科学研究中心长期客座教授。承担了国家自然科学基金、教育部留学人员启动基金、教育部博士点基金（博导类）等。在Phys. Rev. Lett, Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett.，J. Appl. Phys.,等国际期刊上发表30余篇SCI科研论文，获湖北省自然科学二等奖和湖北省第八届青年科技奖。
G. Shao教授，博士生导师，国家中组部****获得者
G. Shao教授，英国Surrey大学博士、Bolton大学材料学教授、国家中组部****获得者、湖北大学客座教授，主要研究领域包括多尺度材料模拟及智能材料设计、新型多功能材料、器件制备及高分辨材料电子显微分析等，近年研究以新型再生能源材料及光电（伏）器件为中心。先后发表《Nature》、《ActaMaterialia》、《Applied Physics Letters》等SCI国际核心刊物130余篇，申请及获得国际专利多项。
三、课题组成员



夏晓红，副教授，硕士生导师鲍钰文，助教

Email: xhxia@hubu.edu.cnEmail: baoyw83@126.com
夏晓红，华中师范大学理学博士、英国Bolton大学博士后，主要研究方向为功能氧化物纳米材料及器件。目前主持国家自然科学基金面上项目、青年基金、湖北省教育厅科研计划中青年项目、郑州大学合作项目，参与相关国家自然科学基金、教育部重点项目、湖北省科技厅国际合作项目、英国Bolton大学国际合作项目等，在Acta materialia, J. Phys. Chem. Solid等国际期刊发表SCI论文多篇。
鲍钰文，湖北大学微电子与固体电子学硕士，主要从事CMOS模拟/数模混合集成电路设计工作，具有丰富的模拟/数模混合集成电路设计、流片经验，设计芯片主要应用于LED驱动，电源管理，时钟日历等，设计量产过6款芯片，目前方向高压AC/DC，DC/DC类的电源管理芯片。

郭美澜，博士生，留学英国
余大凤，硕士生刘浩，硕士生



邓天郭，硕士生汪慧，硕士生 刘培战，硕士生

姚赚赚，硕士生王仁树，硕士生胡承威，硕士生

四、课题组实验室
实验室

设备名称
材料制备实验室
沈阳真空三室高真空MBE与磁控溅射沉积系统

沈阳真空等离子增强化学气相沉积PECVD系统

天津中环真空管式炉

RTP-500 快速退火炉

ZHD-300M2高真空电阻蒸发镀膜机

化学实验室
Etelux-Lab2000手套箱控制和显示系统

KQ-250DE型数控超声波清洗器

恒温磁力搅拌器

SC-3610低速离心机

KW-4A型台式匀胶机

DZ-1A型真空干燥箱

Z02-OAB型电热恒温干燥箱

艾科浦超纯水系统

测试实验室



日本岛津UV-3600紫外可见红外分光光度计（带积分球）

美国吉时利4200半导体测试系统

Solver Nano 扫描探针显微镜

ZDF-II 型氢敏测试系统

太阳能电池测试系统

三室高真空MBE与磁控溅射沉积系统等离子增强化学气相沉积系统



手套箱控制及显示系统 高真空电阻蒸发镀膜机
氢敏测试系统真空管式炉
通风橱尾气处理系统
低速离心机 化学药品柜
太阳能电池测试系统快速退火炉
超纯水系统研究生工作室
五、毕业研究生


前排左起：陈如山，周梦洋，邓泉荣，张勇，李光磊，毛泽龙，鲍钰文，万林，夏艺学
六、部分毕业生风采
周梦洋，合肥彩虹蓝光科技有限公司，christina0494@163.com

夏艺学，上海光宇睿芯微电子有限公司，xiayixue198402@163.com

刘浩文，浙江昱辉阳光能源有限公司，lhw101214@163.com

万林，武汉华灿光电股份有限公司外延工程师，wanlin**@126.com

张勇，深圳市华星光电技术有限公司，zy.wh.cn@foxmail.com

邓泉荣，英国Bolton大学博士生，qd1cmr@bolton.ac.uk
七、课题组研究方向
主要研究方向一氧化物纳米薄膜氢气传感器


氢气作为一种清洁、高效的可再生能源引起了人们巨大的关注，同时作为一种主要的工业原料，氢气还广泛应用于石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工和航空航天等领域。但是由于氢气密度小，无色无味，与空气混合易形成爆炸物等物理特性，使得在氢气的存储、运输和使用过程中存在很多安全隐患，因此氢气的有效检测成为保障生命财产安全的重要手段。
目前基于SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2等半导体氧化物的氢气传感器以其制作简单，价格低廉，后处理电路简单等优点受到研究者及市场的关注，并且随着各种制备和改性技术的发展其性能不断提高，但是它们仍然存在容易受到环境气氛中湿度的影响、灵敏度较低，工作温度高和稳定性差等问题，因此开发灵敏度高、选择性好、响应时间短和工作稳定的新型氢气传感器成为必然。
主要研究方向二硅化物p-n结光伏器件

随着化石能源的日益紧缺和环境污染的不断升级，新能源的开发和环境保护成为全世界的关注热点。硅化物半导体材料扩散长度大、吸收系数超高，在红外区域为直接带隙吸收，是理想的太阳能电池材料，用它可制备极薄太阳能电池(晶硅电池的1/300)，大幅降低太阳能电池的成本，其制备工艺与目前硅基器件工业化生产线匹配，容易推广应用。

目前虽然器件模拟结果显示FeSi2基太阳能电池光电转换效率可达24.7%，文献报道实验上最高效率仅为3.7%，因此进一步完善FeSi2的晶体质量，控制其化学计量比及导电类型，实现适量有效掺杂是进一步优化硅化物p-n结光伏器件的有效途径。
主要研究方向三氧化物p-n结光电器件

氧化物半导体p-n光电器件因其潜在的商业应用价值引起人们广泛的关注，可广泛应用于太阳能电池、光解水制氢、气体传感器、湿度传感器、光催化剂等领域。基于氧化物半导体的光电器件相对于硅基光电器件、 Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族光电器件具有来源广泛、成本低廉，物理化学稳定性高，无毒，容易制备等优点，然而目前基于氧化物的半导体光电器件效率还很低，远不能满足工业生产需求，且其内在的工作机制和影响因素还有待研究。目前本课题组的研究内容集中在氧化物半导体p-n结的制备及其界面特性研究，期望实现其光电性能调控及应用。
主要研究方向四可见光利用光催化剂

现代工业的发展在给人类的生活环境带来了严重的影响，如制衣产业的废水直接排放会造成大量生活用水的污染，利用纳米TiO2光催化降解去除有机污染物是目前日益受到重视的一项新技术，其在有机废水的深度处理和环境废气净化等领域发挥的巨大作用引人瞩目。有机物中包括烷烃类、卤代烃类、有机酸类、硝基芳烃、多环芳烃、苯胺类、酚类、表面活性剂、细菌等均可以有效地进行光催化降解反应，生成小分子物质而消除其对环境的不利影响。
掺杂改性调控TiO2纳米材料的带隙和表面，将其吸收带边由紫外扩展至可见光范围，降低光生载流子复合效率，增强可见光利用率，对提高催化效率，降低环境保护成本有重要意义。另外，为防止催化剂造成二次污染，高效可见光催化剂的固定、回收和重复利用成为另一重要课题。
八、近期文章列表
1. Xiaoping Han, Kenan Song, Liu Lu, Quanrong Deng, Xiaohong Xia, G. Shao, Limitation and extrapolation correction of the GGA+U formalism: a case study of Nb-doped anatase TiO2, J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 3736-3746.

2. Liu Lu, Xiaohong Xia, J K Luo and G Shao, Mn-doped TiO2 thin films with significantly improved optical and electrical properties, Journal of Physics D - Applied Physics, 45, p 485102, 2012.

3. Meilan Guo, Yun Gao, Xiao-Hong Xia, Guowen Jiang, Quan-Rong Deng, G. Shao, Self-aligned TiO2thin films with remarkable hydrogen sensing functionality, Sensors and actuators B, 2012， 171–172，165.

4. Xiaohong Xia, Liu Lu, Alex S. Walton, Michael Ward, Xiaoping Han, Rik Brydson, Jikui Luo, and Guosheng Shao, Origin of significant visible-light absorption properties of Mn-doped TiO2thin films, Acta Materiallia, 2012, 60 (5), 1974-1985.

5． Deng, QR; Han, XP; Gao, Y*; Shao, GS，remarkable optical red shift and extremely high optical absorption coefficient of V-Ga co-doped TiO2, J. Appl. Phys. 2012，112, 013523

6. Lin Wan, Yun Gao, Xiao-Hong Xia, Quan-Rong Deng, G. Shao, Phase selection and visible light photocatalytic activity of Fe-doped TiO2prepared by the hydrothermal method, Materials Research Bulletin, 2011, 46(3), 442-446.

7. Y. Gao, H. W. Liu, Y. Lin, G. Shao, Computational design of high efficiency FeSi2thin-film solar cells, Thin Solid Films,2011, 519, 8490-8495.

8. Y. Gao, H. W. Liu, Y. Lin, G. Shao, Fabrication and characterization of novel Fe(Os)Si2semiconductor, Physics Procedia,2011, 11, 75-78.

9. Q.R. Deng, X.H. Xia, M.L. Guo, Y. Gao and G. Shao, Mn-doped TiO2nanopowders with remarkable visible light photocatalytic activity, Materials Letters, 2011, 65(13), 2051-2054.

10. G. Shao, Y. Gao, X.H. Xia,M. Milosavijevic, Crystallographic characteristics and finestructures of semiconducting transition metal silicides, Thin Solid Films, 2011, 519(24), 8446-8450.

11.Y. Zhang, Y. Gao, X.H. Xia, Q.R. Deng, M.L. Guo, L. Wan, G. Shao, Structural engineering of thin films of vertically aligned TiO2nanorods, Materials Letters, 2010, 64, 1614-1617.

12.Guosheng Shao, Quanrong Deng, Lin Wan, Meilan Guo, Xiaohong Xia, and Yun Gao, Molecular Design of TiO2for Gigantic Red Shift via Sublattice Substitution, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2010, 10: 7092-7096.

13.Q.R. Deng, Y. Gao, X.H. Xia, R.S. Chen, L. Wan, G. Shao, V and Ga co-doping effect on optical absorption properties of TiO2 thin films, Journal of Physics C: Conference series, 2009, 152, 012073.

14.Y. Gao, R. S. Chen, H. W. Liu, Y. X. Xia, Q. R. Deng, G. Shao, Microstructual and optical properties of novel Fe1-xOsxSi2 semiconduction alloys, Journal of Physcs: Conference series, 2009, 152, 012011.

15.Y. Gao, G. Shao, R. S. Chen, Y. T. Chong, Quan Li, TEM study of self-assembled FeSi2nanostructures by ion beam implantation,Solid State Communications, 2009, 149, 97-100.
九、部分成果展示




附：专利详情：
1） 高云、郭美澜、夏晓红、蒋国文、邵国胜，水热法制备垂直取向锐钛矿氧化钛薄膜的方法及其气敏传感器，2012.3 中国发明专利，专利批准号：ZL**7.4

2） 高云、夏晓红、张勇、邓泉荣、邵国胜，一种柱状单晶氧化纳米钛阵列薄膜的制备方法，2011.3 中国发明专利，专利批准号：ZL**3.3

3） 夏晓红、高云、王玮、宋家明、余大凤、孙淼、林阳：阳极氧化实验仪，2010.10，国内实用新型，专利批准号：ZL**3.3


十、致谢
国家自然科学基金 (**，**，**，**, **)
国家教育部重点项目(211108)
湖北省自然科学基金(2010CDA024)
湖北省教育厅 (Q**)
湖北省科技厅 (2009BFA009)
英国战略技术基金 (TP11/LCE/6/I/AE142J)
英国理工基金 ESPRC实验中心 (EP/F056311/1)

十一、国内外合作
课题组与英国Bolton大学 (G.Shao), Surrey大学 (K.P. Homewood), Leeds大学 (R.Brydson), Manchester Metropolitan大学(P.Kelly)，郑州大学等有密切合作关系。

十二、业余生活剪影








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