一、海洋新能源材料
针对当前中国以全面实现碳中和为目标的能源结构调整状况，紧密结合海南海洋经济发展“十四五”规划在清洁能源领域方向的重大需求。以海洋新能源材料科学基础研究为引导，努力开展海洋能源材料领域的关键应用基础的研究及核心技术的攻关，破解新能源在利用与转化过程中的重大共性问题，进一步开发应用于海、陆、空交通的绿色可持续能源动力装置，助力海洋航行动力装置的革新、南海诸岛能源的供应与海洋资源的开发及可持续利用。具体研究内容包括：
1. 界面增强型高容量锂离子电池复合负极材料的结构设计及性能调控与应用
随着新能源领域的迅速发展，对锂离子电池的能量密度和循环寿命提出更高的要求。合金型负极因其超高的理论容量而受到广泛关注，但是存在体积膨胀大和导电性差等问题。针对上述科学问题，提出以氢化TiO2为载体，利用氧缺陷促进形成Ti-S键来加强H-TiO2与SnS2及其放电产物的化学结合能，从而有效抑制SnS2在充放电过程中的体积膨胀以及长循环过程中与支撑体的剥离；同时，在SnS2表面封装导电高分子(PPy)纳米层来提高材料的电导率，并进一步缓冲活性物质的体积膨胀。该新型合金负极H-TiO2@SnS2@PPy在2.0 A·g-1的电流密度下循环2000次后仍保持很高的比容量（508.7 mAh·g-1）和容量保持率（89.7%）。该工作为高容量、长寿命合金型负极材料的研究与开发提供了新思路，具有良好的应用前景。相关成果以VIP论文（TOP 5%）发表在Angew Chem Int Ed (2019, 58: 811-815)上，入选ESI 1‰热点论文，并被中国科学技术信息研究所评为“2019年度中国百篇最具影响国际学术论文”。
图1. H-TiO2@SnS2/PPy复合材料的制备流程、微结构及电化学性能
图2. 2019年度中国百篇最具影响国际学术论文证书
2. 高性能锂离子电池复合正极材料的结构设计及性能调控与应用
橄榄石型LiMPO4 (M=Fe、Mn、Co) 是近年来倍受关注的锂离子电池正极材料，然而，在这类材料中，LiFePO4的工作电压低（3.4 V），用其制作的电池能量密度低；而LiMnPO4和LiCoPO4的电导率很低，属于绝缘体，难以释放出电化学活性。针对上述问题，申请人提出利用原位复合或表面修饰Li3V2(PO4)3快离子导体和纳米碳的方法对LiMPO4进行改性，获得了一系列新型的复合正极材料xLiMPO4·yLi3V2(PO4)3/C（M=Fe、Mn、Co）（如图3），该类正极材料具有价格低廉、工作电压高、倍率性能和循环性能优异、热稳定性好等特点，其综合性能远远优于单一的LiMPO4。鉴于上述优点，该类复合材料有望在大型动力电池和储能电池领域得到应用。
图3. (a) 9LiFePO4·Li3V2(PO4)3/C；(b) 5LiMn0.9Fe0.1PO4·Li3V2(PO4)3/C；
(c) 3LiCoPO4·Li3V2(PO4)3/C在不同倍率下的充放电曲线；
(d) 9LiFePO4·Li3V2(PO4)3/C在不同倍率下的循环性能
3. 氧还原/氧析出电催化材料的设计、开发及应用
氧还原/氧析出反应作为燃料电池、金属空气电池中重要的电极反应，然而其缓慢的反应动力学严重限制了电池的整体效率。以替换目前商用的贵金属铂/铱基电催化剂的研究为理念，结合多孔有机聚合物材料与碳材料的优势，合理的设计及制备具有高效催化氧还原/氧析出活性的廉价非贵金属电催化材料（如图4），为降低/替换贵金属铂基电催化剂在燃料电池、金属空气电池（如图5）的使用提供新的思路及理论指导。
图4. 具有催化氧还原及氧析出反应的双效电催化剂FeNi-COP-800的制备过程
图5.（a）锌空液流电池的示意图；（b）电池放电曲线及相应的功率密度曲线；
（c）基于FeNi-COP-800与Pt/C-IrO2/C组装的锌空液流电池在电流密度为
5 mA cm-2时的充放电循环性能；（d）FeNi-COP-800与Pt/C-IrO2/C
组装的锌空液流电池在充放电循环过程中的电压效率变化
4. 高效析氢电催化材料的设计、开发及应用
氢能的开发是解决碳排放的最佳方法。通过以贵金属铂、钯为催化剂电解水产氢是获得氢气的重要手段之一。合理的设计非贵金属磷化物并合成具有高效析氢性能的电催化材料，为燃料电池提供清洁环保的氢燃料。
二、海洋环境材料
本研究方向主要针对海洋开发过程中的资源与环境保护问题开展研究，以基础研究为引导，致力于解决海洋资源开发导致的环境保护关键问题。通过形成原创性研究成果，为切实提高海洋资源开发和环境保护能力做出贡献，为我国海洋经济挖潜增效提供有力支持。具体研究内容包括：
1. 海水化学资源开发
针对海水化学组成、物理性质等的时空变化规律，建立海水化学资源丰度、存在形态的评估模型，并将其应用于海水资源富集与提取研究，为海洋经济和社会可持续发展提供科学基础和技术支持。
2. 海洋常微量元素富集与提取的基本原理与技术、海水净化与处理技术
针对海水及淡化工程废水，研究其中蕴藏重要元素（如：锂、铀、硼、碘、铯、钾、镁等）的富集规律和提取方法，提出高水平解决方案，为海洋经济和社会可持续发展提供科学基础和源头创新。
3. 海洋油气开发含油废水高效处理材料开发及其装备研制
针对海洋油气开采过程中大量含油废水处理的瓶颈问题，通过材料表面浸润性调控，设计和制备性能优越的油水分离结构，实现含油废水高效分离。最终，基于新材料开发，设计和构造出具有完全自主知识产权的智能化成套装备，助力南海资源与能源开发。
4. 基于微纳结构的高效太阳能光热转换材料开发及其应用。
太阳光驱动的界面光热水蒸发，因其可以通过在远远低于水沸腾的温度下产生蒸汽来进行海水纯化，成为未来获取丰富淡水资源的有利方案。基于新型海水淡化碳基材料的设计和制备，开发抗积盐界面水蒸发太阳能驱动海水淡化技术，形成高效绿色可持续的太阳能驱动海水淡化装置，为南海岛礁军民提供优良的生活设施和生活环境，对于我国巩固海防和维护海洋权益、维护领土主权完整具有重要的意义.
三、海域天然气及水合物复合材料
作为对氢能源和天然气能源的开发与推广重要的一环，储氢/甲烷材料及技术对满足社会经济快速发展的能源需求，既而对实现能源结构改革和碳中和目标至关重要。以气体水合物为基础的固态储气技术被认为是一种高效、安全和经济的高新技术，但是受限于气体水合物形成的诱导时间长和生长速率慢等不利因素，固态储气技术一直无法实现工业化应用。本研究方向致力于突破氢气和甲烷固态储运的技术瓶颈，聚焦零维、一维、二维和三维纳米受限空间中界面晶体成核机制和传质传热规律，利用金属有机框架、沸石和碳基纳米材料的特殊性能，研发具备高效、稳定和经济的水合物促进特性的纳米材料，最终为固态储气技术提供切实的工业化方案。具体研究方向和内容如下：
1. 气体水合物热力学和动力学
通过实验模拟手段，研究纳米受限空间中气体水合物结构与相平衡条件、界面晶体成核机制、生长与分解传质与传热过程及机理，为气体水合物纳米材料促进剂的设计与研发提供理论指导。
2.固态储气纳米材料的研发
从纳米限域空间中气体水合物成核和生长关键控制因素（表面特性、径限大小、传质传热性能及水相分散性）的角度出发，设计和研发气体水合物高效、稳定和经济的金属有机框架、沸石和碳基等纳米材料促进剂，建立水合物的大规模生成、固化成型、集装和运输过程的解决方案，提高气体水合物在氢气和甲烷等气体储运方面应用的技术和经济可行性。