碳纳米材料如碳纳米管、石墨烯、全碳气凝胶等由于其独特结构而具有优异的电学和化学性质,在复合材料、纳电子器件、储能应用等方面具有广阔应用前景。与传统碳材料相比,碳纳米材料具有优异的导电性、较大比表面积和极佳柔韧性,是优秀的电极材料,并且能与过渡金属氧化物、硫族化合物、新型二维材料等电化学活性材料或无机半导体材料复合以大幅提高能源转换与存储器件(如锂离子电池、超级电容、太阳能电池和光催化体系等)的性能。然而如何合理设计与可控制备碳基/无机纳米复合材料,并对其结构和性能实现精确调控仍然面临着巨大的挑战。为获得更高效的能源转化和存储材料及器件,应当从理论与模型计算上深刻认识、实验上精细表征涉及载能分子及电荷的输运与转变过程的动态化学及表界面处的微观物理化学机制,同时创新关键材料(如催化剂、电极、电解质等),以克服传统能源材料与器件中电荷-物质传输受限、反应活性低、动力学缓慢、界面稳定性差等所导致的能量转换效率储能密度较低的问题。本研究团队最近在碳基及无机纳米复合材料的能源应用方面取得了一系列进展,包括制备柔性磷酸钒锂/碳纳米复合纤维用于高倍率性能的锂电正极、多核卵壳结构的氧化物/碳八面体用于锂电正极、基于超薄二维硫化物纳米片的太阳能电池、新型表面等离子共振增强半导体p-n异质结光电催化剂等。