科學(xué)研究：
研究領(lǐng)域：
雷教授主要從事二次電池電極材料、無(wú)機(jī)功能材料的合成和固體廢棄物的資源化研究，目的是發(fā)現(xiàn)適合于電動(dòng)汽車使用的二次電池正電極材料、無(wú)機(jī)功能材料的高效率低能耗生產(chǎn)方法、有經(jīng)濟(jì)效益的固體廢棄物資源化途徑。
科研成果：
一、高性能二次電池正極材料。
（1）、鎳氫電池正極材料的研究：
鎳氫電池是目前大功率無(wú)線用電器，如電動(dòng)汽車、便攜式電動(dòng)工具的首選動(dòng)力電源。實(shí)際上，一些商業(yè)化的油電混合動(dòng)力汽車（hybrid
electric vehicle, HEV）使用的電源就是鎳氫電池。對(duì)于動(dòng)力電源用鎳氫電池，它必須滿足瞬時(shí)放電功率大、可快速充電、循環(huán)壽命長(zhǎng)等要求。已有的研究發(fā)現(xiàn)，鎳基層狀氫氧化物，例如[Ni4Al(OH)10]X．mH2O (X = NO3-, OH-)具有良好的大電流充放電性能和循環(huán)壽命，可以成為高性能動(dòng)力電池的正極材料。圖1和圖2給出了兩種電極材料的電化學(xué)性能。從圖中可以看出，[Ni4Al(OH)10]OH．mH2O具有非常好的大電流充放電性能，可以在10—15分鐘充滿電，即使在2000 mAg-1的電流密度下放電（不到10分鐘放完電），其放電容量也可以達(dá)到290mAhg-1。因此，材料的大電流充放電性能極佳；從圖1也可以看出，該材料的循環(huán)壽命也非常好。
|
|
|
| 圖1［Ni4A1(OH)10］X.mH2O(X=NO3-,OH-)電極的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。充放電制度如下：先在電極在00mAg-1充電30分鐘，然后分別在100，200，400，800，2000mAg-1下放電至0.1V（相對(duì)于HgO/Hg標(biāo)準(zhǔn)電極）。隨后在800mAg-1下充放電100循環(huán)后再重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。 |
圖2［Ni4A1(OH)10］X.mH2O(X=NO3-,OH-)電極的在不同充電電流密度，但在相同放電電流密度下的充放電曲線。充放電制度如下：先讓電極在途中所示的電流密度充電至電量為400mAg-1，然后分別在800mAg-1下放電至0.1V（相對(duì)于HgO/Hg標(biāo)準(zhǔn)電極）。注意，圖2中充電電流密度為240mAg-1時(shí)，充電時(shí)間僅為400mAg-1/2400mAg-1=1/6h=10min。 |
（2）、鈉離子電池正極材料的研究：
主要基于如下事實(shí)：（1）這里所說(shuō)的鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相同。其正極材料是像LiCoO2一樣的層狀材料，如NaNiO2，負(fù)極材料也可以選用石墨電極。它的電池反應(yīng)如下：
因此，完全有可能使用與鋰離子電池同樣的設(shè)備和技術(shù)生產(chǎn)鈉離子電池；（2） 已有許多研究表明，如上的電極材料存在；（3）鈉離子電池的工作電壓為3 V，因此對(duì)電解液的要求大大降低，極大地提高了電池的安全性；（4）Na、Ni等金屬比Li、Co便宜，儲(chǔ)藏量大。因此，即使它性能不如鋰離子電池，它也因?yàn)槠鋬r(jià)廉，而且具有如鋰離子電池一樣的優(yōu)點(diǎn)，例如能量密度大、工作電壓高，因此在一些要求較低的場(chǎng)合得到廣泛使用。況且，隨著電極材料的制備技術(shù)的改進(jìn)和新電極材料的發(fā)現(xiàn)，其性能會(huì)得到大大提高的。
我們的研究主要集中在正極材料上。目前，已在實(shí)驗(yàn)室獲得了NaNiO2，正在進(jìn)行各種電化學(xué)性能的測(cè)試工作。
二、利用層狀氫氧化物的特殊性質(zhì)合成各種材料。
層狀氫氧化物（layered double hydroxides，簡(jiǎn)記為 LDHs），又稱陰離子粘土、類水滑石材料等，其通式可寫作 [MxM'y(OH)2(x+y)]y+An-y/n·mH2O。式中，M 大多為二價(jià)金屬陽(yáng)離子，M' 是三價(jià)的金屬陽(yáng)離子，二者的物質(zhì)量的比例為 x:y，上式括號(hào)中的 M、M'和OH- 構(gòu)成帶正電荷的層板；An- 代表層間的陰離子，m為層間結(jié)晶水的量[6]，An- 和結(jié)晶水構(gòu)成了層間粒子。圖1給出了 [Mg2Al(OH)6]Cl 的計(jì)算機(jī)模擬圖。
該類化合物在結(jié)構(gòu)上具有較為穩(wěn)定的氫氧化物層和可交換的層間陰離子，因而可用于材料（包括有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料）制備、離子交換與有害陰離子脫除、異構(gòu)體化學(xué)分離、化學(xué)反應(yīng)控制、活性分子儲(chǔ)存與緩釋、局部化學(xué)反應(yīng)合成、催化劑及催化劑載體等方面。層狀氫氧化物的陰離子交換性可以通過(guò)下式表示：
層狀氫氧化物的第二個(gè)重要特性是其熱分解性質(zhì)。這是構(gòu)成層狀氫氧化物阻燃性的關(guān)鍵要素。圖2是層狀氫氧化物 [Mg6Al2(OH)16]CO3·4H2O 在惰性氣氛下的熱重分析圖。200 °C以下的失重是由層間水的脫除引起（理論值12.9%）；200-300 °C之間是層內(nèi)的羥基脫水（理論值25.9%）；400 °C附近為層間離子 CO32- 分解脫除 CO2（理論值7.9%）。
第三，從合成化學(xué)上講，層狀氫氧化物提供了一種從離子/分子層次到三維結(jié)構(gòu)材料的橋梁，因此可以在合成化學(xué)上得到應(yīng)用。其理由在于可以通過(guò)金屬離子和層間陰離子數(shù)量的調(diào)整來(lái)獲得原子級(jí)混合的具有要求計(jì)量比的氧化物前驅(qū)體。
我們已在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑、光轉(zhuǎn)換材料、鎳氫電池、鈉離子正電極材料等方面取得了重要進(jìn)展。
（1）、無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合阻燃劑的研究 ：
有機(jī)高分子材料在為我們提供了大量便利和舒適的同時(shí)，也給我們帶來(lái)了造成大量人員死亡的火災(zāi)。為了防止悲劇的發(fā)生，必須對(duì)這些材料進(jìn)行阻燃處理。向可燃物添加阻燃劑是增強(qiáng)可燃物難燃性的一種方法。其添加方式包括化學(xué)方法和物理方法兩種。
一般將阻燃劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。有機(jī)阻燃劑大多是一些含鹵的小分子，其阻燃效率高，但是它們?cè)谌紵龝r(shí)會(huì)產(chǎn)生窒息性的鹵化氫氣體，也產(chǎn)生一些有毒氣體，近年來(lái)在歐洲已被限制使用。無(wú)機(jī)阻燃劑，特別是氫氧化物系列阻燃劑剛好相反，但是它存在與有機(jī)材料相容性較差的問(wèn)題。由于需要大量的使用才能產(chǎn)生要求的阻燃性能，無(wú)機(jī)阻燃劑可能會(huì)造成材料機(jī)械性能的嚴(yán)重下降。
將無(wú)機(jī)阻燃劑納米化、用有機(jī)表面活性劑處理是解決無(wú)機(jī)阻燃劑與有機(jī)材料相容性問(wèn)題常用方法。本研究使用層狀氫氧化物可以發(fā)生陰離子交換的特點(diǎn)，將有機(jī)阻燃劑陰離子和其它有機(jī)陰離子嵌入到層狀氫氧化物的層間與外表面，使之具有無(wú)機(jī)阻燃劑的消煙、低毒和填充作用，同時(shí)有有機(jī)阻燃劑的氣相阻燃、與有機(jī)材料相容性好的特點(diǎn)。
為了使這種有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合阻燃劑得到廣泛地使用，本項(xiàng)目還對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物表面的物理化學(xué)作用進(jìn)行深入地研究。
（2）、無(wú)機(jī)氧化物材料的研究 ：
前面我們已指出，層狀氫氧化物可以作為零維離子分子向三維結(jié)構(gòu)發(fā)展的橋梁。無(wú)機(jī)氧化物材料的合成研究就是
期望發(fā)現(xiàn)一種能夠進(jìn)行無(wú)機(jī)材料理性合成的方法。我們已在光轉(zhuǎn)換材料方面開(kāi)展了一定的研究，取得一些進(jìn)展。例如，我們使用層狀氫氧化物前體[Ca2.9-xAl2Eux(OH)9.8](NO3)2+x×mH2O合成了一種新的發(fā)光材料Ca3Al2O6:Eu3+，該材料在紫外光照射下可以發(fā)出明亮的橙色光。下圖是不同溫度下制備的材料在紫外燈照射下的發(fā)光情況（紫外光波長(zhǎng) 250nm）：
（3）、高性能二次電池正極材料的研究 ：
層狀氫氧化物的層狀結(jié)構(gòu)可以提供良好的離子快速遷移通道，這對(duì)電極材料至關(guān)重要。關(guān)于這些內(nèi)容請(qǐng)見(jiàn)高性能二次電池正極材料部分。
三、固體廢棄物的資源化問(wèn)題研究。
我們主要利用有效的物理方法先把固體廢棄物分離，然后再使用化學(xué)方法把不能直接回收使用的部分組分轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)。通過(guò)這種處理，我們可以得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。我們?cè)趶U舊電池的資源化及二次電池的循環(huán)生產(chǎn)方面得到了較好的研究成果。例如，我們使用如下流程回收了鋰離子電池的全部成分，并再生獲得了可用于電池生產(chǎn)的LiCoO2:
使用類似的思路，我們另外研究了廢舊鎳氫電池（圖3）、鎳鎘電池的資源化和它們的循環(huán)生產(chǎn)問(wèn)題，結(jié)果令人鼓舞：它們都可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)鋅錳干電池的研究表明，若使用鋅錳干電池作為原料生產(chǎn)鋅錳軟磁鐵氧體，也可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。所有這些工作，對(duì)推進(jìn)社會(huì)力量參與到廢舊物資回收工作有重要的意義。 雷立旭教授發(fā)明的《廢舊二次電池的資源化與二次電池的循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)》提供了一種循環(huán)生產(chǎn)二次電池的可能，大大減少對(duì)原材料的依賴。它通過(guò)將電池各組分徹底地物理分離來(lái)減少回收費(fèi)用，減輕回收過(guò)程產(chǎn)生二次污染的
可能性；最后通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理再生電極活性成分，從而使它們用于電池的再生產(chǎn)。通過(guò)這種方法，二次電池的生產(chǎn)可以永久持續(xù)下去，使電池生產(chǎn)和使用免除來(lái)自市場(chǎng)和有害元素的威脅。
該項(xiàng)目已在2007年12月獲得江蘇省“六大人才高峰”第四批資助項(xiàng)目獲A類資助。另外，雷立旭教授和多家電池廠商建立了鞏固的合作研究關(guān)系，也得到了風(fēng)險(xiǎn)投資的關(guān)注。目前正在積極推進(jìn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化工作。 迄今為止，雷立旭教授已經(jīng)申請(qǐng)并獲得多項(xiàng)相關(guān)中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，在國(guó)際核心期刊上發(fā)表多篇關(guān)于電池材料的學(xué)術(shù)論文，占領(lǐng)著電池材料研發(fā)的最前沿地位。為了讓廢舊電池不再污染環(huán)境，為了讓電池變得更“雷”，促進(jìn)純電動(dòng)汽車的發(fā)展，雷立旭教授正在和他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊鑼密鼓的進(jìn)行科學(xué)研究。他歡迎有志于發(fā)掘電池潛能的生產(chǎn)廠商和他緊密地合作，及早把這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
論文專著：
發(fā)表論文：
1. Xiaorui Gao, Lixu Lei et.al. “Preparation and photoluminescence property of a loose powder, Ca3Al2O6:Eu3+ by calcination of a layered double hydroxide precursor”, Journal of Solid State Chemistry, in press
2. Meng Hu, Lixu Lei, “Effects of Particle Size on the Electrochemical Performances of a Layered Double Hydroxide, [Ni4Al(OH)10]NO3”, Journal of Solid State Electrochemistry, 11, 847-852(2007)
3. Lixu Lei, Weifeng Zhang, Meng Hu, Hegen Zheng and Dermot O’Hare, “Alkaline Hydrolysis of Dimethyl Terephthalate in the Presence of [LiAl2(OH)6]Cl×2H2O”, Journal of Solid State Chemistry, 179 , 3562–3567 (2006)
5. Lixu Lei, Su Jing, Xinquan Xin, Dermot O’Hare, “Investigation of the Solid State Reaction of FeSO4×7H2O with 1,10-Phenanthroline”, Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions, 3477 (2002)
6. Armir Khan, Lixu Lei, Alexander Norquist, Dermot O’Hare, “Intercalation and controlled release of pharmaceutically active compounds from a layered double hydroxide” Chemical Communications, 2342, (2001)
7. Lixu Lei, Franck Millange, Richard I. Walton, Dermot O’Hare, “Efficient separation of pyridinedicarboxylates by preferential anion exchange intercalation in LiAl2(OH)6Cl×H2O”, Journal of Materials Chemistry, 10, 1881, (2000)
8.層狀復(fù)合金屬氫氧化物：結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用 雷立旭 張衛(wèi)峰 胡猛 Dermot O’Hare 《無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》 2005
9.固態(tài)化學(xué)反應(yīng)與固體結(jié)構(gòu) 雷立旭 忻新泉 《化學(xué)通報(bào)》 1997
10. 固相反應(yīng)合成M(biN)_nCl_2配合物 李昌雄 雷立旭 忻新泉 《科學(xué)通報(bào)》 1993年 第23期
11. 稀土硝酸鹽與取代苯并-15-冠-5固態(tài)配合物的合成與性質(zhì) 盧愛(ài)茹 雷立旭 陳曉青 張國(guó)忠 《西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版) 1991年 第03期
12. 固相配位化學(xué)反應(yīng)研究（LXVII）──固－固相反應(yīng)合成混配化合物 張蔚玲 鄭麗敏 雷立旭 忻新泉 《高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)》 1994年 第10期
13. 固相配位化學(xué)反應(yīng)研究 L ⅩⅩⅢ.等溫電導(dǎo)法研究醋酸錳和草酸的室溫固相化學(xué)反應(yīng) 雷立旭 景蘇 傅巖 忻新泉 周衡南 《無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》 1996年 第01期
14. 室溫固相化學(xué)反應(yīng)與固體結(jié)構(gòu) 雷立旭 忻新泉 《化學(xué)通報(bào)》 1997年 第02期
15. 2MgNi 0.1Mo-10%G復(fù)合儲(chǔ)氫材料的研制 謝衍生 孫岳明 傅巖 雷立旭 《上�；ぁ� 2004年 第08期
16. 儲(chǔ)氫材料的發(fā)展概況 謝衍生 孫岳明 傅巖 雷立旭 《材料導(dǎo)報(bào)》 2004年 第05期
17. 四氯鄰苯二甲酸酐(TCP)與層狀氫氧化物的組裝與表征 張洪剛 雷立旭 韓杰 《化工時(shí)刊》 2006年 第12期
18. 一種廢舊鋰離子電池成分分離的方法 呂小三 雷立旭 余小文 韓杰 《電池》 2007年 第01 期
19. 用廢舊鋅錳干電池制取軟磁鐵氧體 韓杰 汪仕佐 雷立旭 《化工時(shí)刊》 2007年 第02期
20. 層狀氫氧化物阻燃劑 位建華 雷立旭 《塑料工業(yè)》 2007年 第S1期
21. Y取代的Ni(OH)_2的電化學(xué)性能 蔣忠桂 胡猛 高曉蕊 雷立旭 《電池》 2008年 第02期
22. 低熱固相合成類金剛石型配位聚合物Zn(INA)_2 張若冰 陳金喜 孟偉偉 王艷 雷立旭 《無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》 2009年 第09期
23. 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究 郭玲香 周鈺明 雷立旭 王國(guó)力 《長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)》(高教版) 2009年 第12期
學(xué)習(xí)及工作經(jīng)歷：
