澳门大学应用物理学系全奖博士招生 | Prof. SHAO

导师简介

如果你想申请澳门大学 应用物理学系博士，那今天这期文章解析可能对你有用！今天Mason学长为大家详细解析澳门大学的Prof.SHAO的研究领域和代表文章，同时，我们也推出了新的内容“科研想法&开题立意”，为同学们的科研规划提供一些参考，并且会对如何申请该导师提出实用的建议！方便大家进行套磁！后续我们也将陆续解析其他大学和专业的导师，欢迎大家关注！

教授是澳门大学应用物理与材料工程研究院(Institute of Applied Physics and Materials Engineering)的副教授，是国际知名的材料科学与工程领域专家。

他于2016年8月加入澳门大学担任助理教授，2019年8月晋升为副教授。在加入澳门大学之前，教授曾在日本九州大学国际碳中和能源研究所(WPI-I2CNER)担任助理教授(2011-2016年)，并在德国马克斯·普朗克煤炭研究所(Max-Planck-Institut für Kohlenforschung)进行博士后研究(2009-2011年)。教授的学术背景深厚，他在北京大学获得无机化学博士学位。

教授还领导澳门大学的"能源存储材料与系统实验室"(Energy Storage Materials and Systems Lab)，专注于新型能源材料与系统的研发。他同时担任南京信息科技大学的"龙山学者教授"(自2019年至今)，展示了其在中国内地高校的学术影响力。

研究领域

教授的研究兴趣主要集中在能源材料和系统领域，尤其是电化学能源存储与转换技术。其核心研究方向包括：

1. 锂离子电池材料与系统：重点研究硅基锂离子电池阳极材料、预锂化技术、电解质优化以及全电池系统集成，旨在提高电池能量密度、循环寿命和安全性能。
2. 高熵材料在能源存储中的应用：开发和应用高熵氧化物、高熵合金等新型材料在电池和催化领域，利用高熵材料特有的结构稳定性和功能可调性提升能源存储器件性能。
3. 氢能源材料与燃料电池技术：研究金属和合金基储氢材料，特别是镁基储氢材料的纳米结构设计和性能优化，以及燃料电池系统应用。
4. 电催化材料与电化学反应机制：开发高效电催化剂用于水电解、氧还原/析出反应和二氧化碳还原等能源转换过程。
5. 纳米材料合成与表征：利用先进的材料合成和表征技术，设计和制备具有特定功能的纳米结构材料，用于能源存储和转换应用。

研究分析

1. 《High-entropy oxides: Emergent materials for electrochemical energy storage and conversion》

(Journal of Materials Science and Technology, 2025)

这篇论文是教授在高熵氧化物(HEOs)领域的综述性文章，深入探讨了高熵氧化物在电化学能源存储和转换中的应用前景。高熵氧化物是一类包含五种或更多不同金属阳离子的特殊氧化物材料，具有独特的结构可调性和理想的元素可调性。研究表明，高熵氧化物因其协同效应而成为极具前景的能源存储和转换材料。文章系统阐述了高熵氧化物的设计原理、制备方法、结构特性以及在电池和催化剂中的应用，为后续研究提供了重要指导。该工作对推动高熵材料在能源领域的研发具有重要的理论和实践意义。

2. 《Silicon-based lithium ion battery system: state of the art from half and full cell viewpoint》

(Advanced Functional Materials, 2021)

这篇论文是教授在硅基锂离子电池领域的代表作之一，全面回顾了硅基材料作为锂离子电池阳极的最新研究进展。硅基材料因其高理论容量(约3579 mAh/g，远高于传统石墨的372 mAh/g)和低工作电压而被视为最有前途的锂离子电池阳极替代材料。文章从半电池和全电池两个视角，系统分析了硅基材料在循环过程中面临的巨大体积变化(约300%)导致的结构崩溃和严重副反应等问题，并详细介绍了各种改善策略，包括纳米结构设计、碳包覆、复合材料构建、电解质优化等。这项研究对于开发高能量密度、长循环寿命的硅基锂离子电池具有重要的指导意义。

3. 《Rational design of 3D N-doped carbon nanosheet framework encapsulated ultrafine ZnO nanocrystals as superior performance anode materials in lithium ion batteries》

(Journal of Materials Chemistry A)

这篇论文报道了教授团队设计的一种新型复合阳极材料——三维氮掺杂碳纳米片框架包覆超细ZnO纳米晶体。过渡金属氧化物由于其高比容量而被广泛研究为锂离子电池阳极，但其固有的导电性差和充放电过程中的大体积膨胀限制了实际应用。研究团队通过精心设计的合成策略，成功制备了具有优异电化学性能的复合材料，解决了传统ZnO阳极材料的导电性差和循环稳定性低的问题。该复合材料在500 mA/g的电流密度下，经过300次循环后仍保持452.8 mAh/g的比容量，远高于未改性的ZnO材料(248.9 mAh/g)。这一成果为开发高性能金属氧化物基阳极材料提供了新思路。

4. 《Pre-Lithiation Technology for Rechargeable Lithium-Ion Batteries: Principles, Applications, and Perspectives》

(Batteries & Supercaps, 2024)

本文是教授团队关于预锂化技术的综述性文章，详细阐述了预锂化技术在解决锂离子电池首次不可逆容量损失问题中的重要作用。锂离子电池在首次充放电过程中，阳极表面会形成固态电解质界面(SEI)层，消耗大量活性锂，导致首次库仑效率低，影响电池整体性能。预锂化技术通过提供额外的活性锂来补偿这种不可逆容量损失，有效提高首次库仑效率，提升工作电压和锂离子浓度，进而提高电池能量密度和循环稳定性。文章系统地分类总结了各种预锂化策略，从不同角度分析了锂离子电池中不可逆容量损失的原因，为开发更高性能的锂离子电池提供了重要指导。

5. 《Molecular Engineering Chemical Pre-lithiation Reagent with Low Redox Potential for Graphite Anode Enables High Coulombic Efficiency》

(Small, 2024)

这篇论文报道了教授团队开发的一种新型分子级预锂化试剂——基于菲的锂-芳烃络合物(Ph-based LAC)，用于提高石墨阳极的首次库仑效率。石墨是一种成本低且稳定性高的锂离子电池阳极材料，但其首次库仑效率低的缺点限制了整体电池性能。团队通过分子工程设计了具有低氧化还原电位的预锂化试剂，能够有效补偿石墨阳极在首次循环中的锂损失，提高电池能量密度和寿命。该研究在预锂化技术领域具有重要的创新性，为开发高性能锂离子电池提供了新方案。

6. 《Elucidating the Volcanic Type Catalytic Behavior in Lithium Sulfur Batteries via Defect Engineering》

(ACS Nano, 2023)

这篇发表在高影响因子期刊ACS Nano上的论文探讨了教授团队在锂硫电池催化剂领域的创新成果。锂硫电池因其高理论能量密度(2600 Wh/kg)而备受关注，但面临多硫化物穿梭效应导致的容量衰减问题。研究团队通过缺陷工程策略，深入研究了催化剂在锂硫电池中的"火山型"催化行为机制。通过精确调控催化剂的缺陷结构和电子特性，实现了对多硫化物转化动力学的有效调控，大幅提高了电池的循环稳定性和能量效率。这项研究不仅揭示了催化机制的本质，也为设计高性能锂硫电池电极材料提供了新思路。

项目分析

1 高熵材料在电化学能源存储中的应用研究

教授领导的这一研究项目聚焦于高熵材料在电池领域的创新应用，特别是高熵氧化物、高熵合金和高熵电解质等。项目基于高熵材料的结构稳定性、离子电导率高、机械强度优异和催化活性突出等特点，系统探索其在电池电极、电解质和催化剂中的应用潜力。研究成果表明，高熵设计可以有效抑制短程有序结构，形成复杂的能量景观，减少体积变化，降低对关键金属的依赖，从而提升电池性能。

该项目的创新点在于将高熵概念应用于多种电池系统，包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等，开发出一系列新型高熵材料，如(Mn, Fe, Co, Ni, Cu)3O4纳米颗粒、高熵层状过渡金属氧化物等。这些材料展现出优异的电化学性能和结构稳定性，为解决传统电池材料面临的挑战提供了新思路。项目成果已在Journal of Materials Science and Technology等高水平期刊发表，对推动高熵材料在能源存储领域的应用具有重要意义。

2 硅基锂离子电池系统开发与产业化

这是教授团队的核心项目之一，也是成功实现产学研转化的典范。项目针对硅基材料作为锂离子电池阳极的关键挑战，包括巨大的体积变化导致的结构崩溃、固体电解质界面层的持续形成消耗电解质、电极粉化和导电网络断裂等问题，开发了一系列创新解决方案。

研究团队通过纳米结构设计、碳包覆、复合材料构建和预锂化技术等策略，成功研发出性能优异的硅基和石墨基阳极材料。这些材料能够显著提高电池的快充性能和循环寿命，同时提升预锂化产品在常规环境下的适用性和安全性。项目的技术成果已通过教授创立的AOLISIN公司实现小批量生产和产业化应用，获得第三方认证和国轩高科产品试用合同。该项目的"锂离子电池高性能硅碳和石墨负极材料"成果在"大湾区创业杯"大赛中获得澳门区域一等奖，展示了其技术创新性和商业价值。

3 氢能源材料与系统研发

教授在氢能源材料领域有着深厚的研究积累，该项目主要关注开发高效的储氢材料和系统，特别是基于镁的纳米结构储氢材料。镁基材料因其高储氢容量(6 wt%)、资源丰富和环境友好等特点，被视为最有前途的固态储氢材料之一。

项目重点研究镁基纳米材料的合成方法、储氢机理和性能优化策略，以克服传统镁基材料动力学性能差、工作温度高等缺点。团队开发的纳米结构镁基合金材料展现出显著改善的储氢动力学性能和循环稳定性。此外，项目还探索了嗍氢化钠等化学储氢材料的再生技术，成功实现了从其水解产物中高效再生嗍氢化钠，为化学储氢技术的循环利用提供了解决方案。这些研究成果为开发实用化的氢能源存储系统奠定了重要基础，对推动氢能源的广泛应用具有重要意义。

研究想法

1. 高熵电解质与界面设计用于全固态电池

研究背景与意义：全固态电池被视为下一代高能量密度、高安全性电池的重要方向，但离子导电率低和电极/电解质界面问题限制了其实际应用。高熵材料因其独特的结构特性和离子导电性能，可为解决这些问题提供新思路。

研究内容：

• 设计开发具有高离子导电率的高熵氧化物固态电解质，通过多元素协同效应提高锂/钠离子迁移率
• 研究高熵材料对电极/电解质界面稳定性的影响机制，设计低阻抗、高稳定性界面结构
• 开发基于高熵材料的复合电解质，结合无机高熵氧化物与聚合物电解质的优势
• 构建全固态电池原型器件，系统评估高熵电解质的实际应用性能

创新点：将高熵设计策略应用于固态电解质开发，通过结构和组分调控实现离子导电率和界面稳定性的双重提升，有望突破传统固态电解质的性能瓶颈。

2. 基于缺陷工程的高性能硅基锂离子电池电极材料

研究背景与意义：硅基材料是最有前途的高能量密度锂离子电池阳极材料，但体积变化导致的结构不稳定性限制了其实际应用。缺陷工程为调控材料电化学性能提供了新途径，有望解决硅基材料面临的关键挑战。

研究内容：

• 开发具有可控缺陷结构的硅基纳米材料，研究氧空位、表面缺陷等对锂离子存储和扩散动力学的影响
• 设计具有梯度缺陷分布的核壳结构硅基复合材料，实现体积变化的有效缓冲
• 研究缺陷结构对固体电解质界面形成和稳定性的影响，优化电极/电解质界面
• 开发基于缺陷工程的预锂化策略，提高首次库仑效率和循环稳定性

创新点：通过精准缺陷工程调控硅基材料的电子结构和离子迁移路径，实现对锂离子存储机制和体积变化的有效调控，为开发高性能硅基电极材料提供新思路。

3. 高熵材料用于锂硫电池多硫化物调控

研究背景与意义：锂硫电池因其高理论能量密度(2600 Wh/kg)而备受关注，但多硫化物穿梭效应导致的容量衰减限制了其实际应用。高熵材料的多元素协同效应和丰富的活性位点可为解决这一问题提供新思路。

研究内容：

• 设计高熵氧化物/硫化物催化材料，研究其对多硫化物转化动力学的调控机制
• 开发具有层次孔结构的高熵碳基复合材料，实现多硫化物的物理限域和化学吸附
• 研究高熵材料表面缺陷结构与多硫化物相互作用机制，揭示"火山型"催化行为的本质
• 构建基于高熵材料的多功能隔膜或中间层，抑制多硫化物穿梭效应

创新点：利用高熵材料的丰富活性位点和可调电子结构，实现对多硫化物转化动力学的精准调控，突破锂硫电池面临的循环稳定性瓶颈，提高能量密度和使用寿命。

4. 人工智能辅助高熵材料设计与优化

研究背景与意义：高熵材料的组分空间庞大，传统的"试错法"难以高效筛选最优材料。人工智能与机器学习技术为加速材料发现和优化提供了新工具，有望显著提高高熵材料的研发效率。

研究内容：

• 构建高熵材料数据库，包含组分、结构、性能等多维信息
• 开发基于机器学习的高熵材料性能预测模型，实现组分-结构-性能关系的快速映射
• 设计基于深度学习的高熵材料优化算法，自动生成具有目标性能的候选材料
• 结合计算模拟与实验验证，建立闭环材料设计流程，加速高熵材料的发现与应用

创新点：将人工智能技术与材料科学深度融合，实现对高熵材料庞大组分空间的高效探索，大幅提高材料设计效率，降低研发成本，加速新型高性能高熵材料的发现与应用

申请建议

1. 学术背景准备

• 夯实材料科学与电化学基础：教授的研究跨越材料科学、电化学、能源科学等多个领域，申请者应具备扎实的材料科学基础知识，特别是熟悉电化学基本原理、电池工作机制和材料表征技术。
• 相关研究经验：尝试在本科或硕士阶段参与与能源材料、电化学存储或催化相关的研究项目，积累实验技能和研究经验。具有电池材料合成、电化学测试、材料表征等实验经验的申请者将更具竞争力。
• 文献阅读：系统阅读教授的代表性论文，特别是高熵材料、硅基锂离子电池和预锂化技术等核心研究方向的文章，深入理解其研究思路和方法论。同时，关注能源材料领域的前沿进展和热点问题。

2. 申请材料准备

• 研究计划书：基于对教授研究领域的理解，撰写具有创新性和可行性的研究计划。建议聚焦于高熵材料、硅基电池或电催化等方向，提出有针对性的研究问题和方法，展示自己的思考能力和研究潜力。
• 个人陈述：清晰阐述自己对能源材料领域的兴趣和理解，以及选择教授作为导师的具体原因。可以提及你对其某项特定研究的见解或想法，展示你已经深入了解了他的工作。
• 突出技能优势：强调与教授研究相关的技能和经验，如材料合成、电化学测试、先进表征技术或计算模拟等。特别是有高熵材料、锂离子电池或催化剂研究经验的申请者，应详细描述相关工作和成果。

3.学术能力提升

• 发表相关论文：尝试在能源材料、电化学或催化领域的期刊上发表研究论文，展示你的研究能力和学术潜力。即使是作为共同作者的工作也能体现你的研究经验。
• 参加相关会议：参加材料科学、电化学或能源领域的学术会议，了解最新研究进展，并尝试与教授或其团队成员建立联系。
• 学习相关技能：主动学习与教授研究相关的实验技术或计算方法，如电池组装与测试、先进材料表征、电化学分析或密度泛函理论计算等，提升自己的竞争力。
• 跨学科知识积累：教授的研究具有跨学科特点，申请者应积极拓展知识面，学习材料科学、电化学、催化化学、能源工程等相关领域知识，为未来的研究工作打下坚实基础。

博士背景

Felix，美国top10学院物理学系博士生，专注于量子计算和凝聚态物理的交叉研究。擅长运用量子场论和拓扑量子计算方法，探索拓扑绝缘体和超导体中的新奇量子态。在研究Majorana费米子在量子计算中的应用方面取得重要突破。曾获美国物理学会最佳学生论文奖，研究成果发表于《Nature Physics》和《Physical Review Letters》等顶级期刊。