1、专家推荐国家自然科学奖项目公示项目名称 硅纳米结构加工原理、方法及其应用基础研究推荐专家 1 姓名 范守善 推荐专家 1 工作单位 清华大学推荐专家 1 职称 教授，院士 推荐专家 1 学科专业 材料物理和化学推荐专家 1 意见：该项目属于材料科学领域，围绕硅纳米结构加工原理、方法及其应用开展了系统深入的研究，经过十余年努力，获得多项开拓性和创新性成果：开辟了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的自上而下硅纳米结构加工新方法，形成了独具特色的研究方向；率先提出了金属催化刻蚀黑硅纳米线太阳能电池的新思路，构筑了具有优异光俘获能力和光生载流子快速分离优势的径向 p-n 结硅纳米洞太阳能电池，建立了金属纳
2、米粒子修饰及超薄碳膜钝化构筑高效光电转换纳米复合界面的新方法；提出了金属催化刻蚀多孔硅纳米线作为锂离子电池负极的新思路；为推动金属催化刻蚀硅纳米结构在新能源领域中的应用做出了开拓性贡献。该项目 8 篇代表性论文均发表在在材料学科最有影响刊物上，其中 6 篇论文入选本领域近十年 ESI Top1%高被引论文，授权发明专利 10 项。所开拓的基于金属/硅微观原电池原理的自上而下刻蚀硅纳米结构新方法已被学术界公认、广泛引用与采用，成果对推动硅纳米结构制备技术进步及工业化进程具有重要作用。该项目相关成果已获 2015 年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学）一等奖。推荐书内容属实，已在项目完成单位进
3、行了公示，目前无异议，符合推荐要求。推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。推荐专家 2 姓名 俞大鹏 推荐专家 2 工作单位 北京大学推荐专家 2 职称 教授，院士 推荐专家 2 学科专业 无机非金属材料推荐专家 2 意见：该项目属于材料科学领域。针对硅纳米结构加工制备技术远远滞后于应用需求这一现状，围绕硅纳米结构加工原理、方法及其应用开展了系统深入的研究，从方法创新到应用探索两方面做出了创造性的贡献：在国际上首次建立了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的自上而下硅纳米结构加工新方法，解决了硅纳米结构制备效率及规模化等难题，建立了硅纳米结构的尺寸、图形化可控刻蚀技术；率先提出了金属催化刻蚀黑硅硅纳米线
4、太阳能电池的新思路，构筑了具有优异光俘获能力和光生载流子快速分离优势的径向 p-n 结硅纳米洞阵列太阳能电池，建立了金属纳米粒子修饰及超薄碳膜钝化构筑高效光电转换纳米复合界面的新方法；提出了金属催化刻蚀多孔硅纳米线作为锂离子电池负极的新思路。该项目 8 篇代表性论文均发表在 Adv. Mater.等国际权威刊物上，其中 6 篇论文入选本领域近十年 ESI Top1%高被引论文，授权发明专利 10 项。项目阶段性研究成果获 2015 年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学）一等奖。该项目思路新颖，有重大发现与开拓创新，所发展的原理和方法已被学术界公认、广泛引用与采用，推动了科学发展和技术进步。
5、推荐书内容属实，已在项目完成单位进行了公示，目前无异议，符合推荐要求。推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。推荐专家 3 姓名 周国治 推荐专家 3 工作单位 北京科技大学推荐专家 3 职称 教授，院士 推荐专家 3 学科专业 冶金材料物理化学推荐专家 3 意见：该项目是材料科学领域的前沿课题，系统、深入地研究了硅纳米结构加工原理、方法及其应用基础，从基本原理和方法创新到应用探索两方面做出了创造性的贡献：在国际上首次建立了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的自上而下硅纳米结构加工新方法，解决了硅纳米结构制备效率及规模化等难题，发展了可控金属催化刻蚀加工硅纳米结构方法；率先提出了金属催化刻蚀黑硅纳米线太
6、阳能电池的新思路，构筑了具有优异光俘获能力和光生载流子快速分离优势的径向 p-n 结硅纳米洞阵列太阳能电池，建立了金属纳米粒子修饰及超薄碳膜钝化构筑高效光电转换纳米复合界面的新方法；提出了金属催化刻蚀多孔硅纳米线作为锂离子电池负极的新思路，为推动金属催化刻蚀黑硅纳米结构在能源领域中的应用做出了贡献。该项目 8 篇代表性论文均发表在国际权威期刊上，其中 6 篇论文入选本领域近十年 ESI Top1%高被引论文，授权发明专利 10 项。所开拓的基于金属 /硅微观原电池原理的自上而下刻蚀硅纳米结构新方法已被学术界公认、广泛引用与采用，成果对推动硅纳米结构制备技术进步及工业化进程具有重要作用。项目阶段
7、性研究成果获 2015年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学）一等奖。该项目思路新颖，有重大发现与开拓创新，促进了学科发展和技术进步。推荐书内容属实，已在项目完成单位进行了公示，目前无异议，符合推荐要求。推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。项目简介：该项目属于材料科学领域。硅纳米结构材料具有块体硅材料优异的半导体物理及化学性能，又具有纳米结构材料独特的电学、光学、热学等性能，在能量转换与存储、传感等领域具有广泛而重要的应用。然而，受制于材料生长/加工原理，传统硅纳米结构制备方法面临成本高、效率低等诸多困扰。为从根本上解决上述问题，该项目在国际上首次提出了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的硅纳米结
8、构加工新策略，围绕硅纳米结构加工机理、方法及应用开展了系统深入的研究，经过十余年努力，获得多项开拓性和创新性成果：1.提出和建立了基于微观腐蚀原电池原理的硅纳米结构加工新策略提出了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的硅纳米结构加工新策略，建立了简捷的自上而下硅纳米结构加工新方法，揭示了金属诱导硅高度选择性腐蚀机理，建立了硅纳米结构的尺寸、图形化可控刻蚀技术，降低了硅纳米结构生长/加工成本与门槛，为推进硅纳米结构的工业化进程提供了知识和技术支撑。所开拓的硅纳米结构加工原理与方法已被国际同行公认并形成研究热点。美国、印度、西班牙、德国、俄罗斯等多国学者在 Prog. Mater. Sci.上联合撰写的
9、长篇综述中评价称“ 最著名的自上而下金属催化刻蚀硅纳米线方法及其配方是由彭等人提出的这种方法廉价且易规模化”。2.提出和发展了金属催化刻蚀黑硅太阳能电池发现了金属催化刻蚀黑硅纳米结构阵列优异的广谱光吸收性能，率先提出了硅纳米线太阳能电池的新思路，构筑了具有优异光俘获能力和光生载流子快速分离优势的径向 p-n 结硅纳米洞阵列新型太阳能电池，提出了金属纳米粒子修饰及超薄碳膜钝化构筑高效光电转换纳米复合界面的新方法。相关成果被 Science、Nat. Mater.等期刊广泛引用，为推动湿法金属催化刻蚀黑硅纳米结构在太阳能电池中的应用做出了开拓性贡献。3.提出和发展了金属催化刻蚀多孔硅纳米线负极锂离
10、子电池提出了利用金属催化刻蚀多孔硅纳米线作为锂离子电池负极的新思路，受到英国自然中国的高度评价，发展了硅 /碳核壳纳米线锂离子电池负极材料新方法，显著提高了硅负极材料使用效能。J. Mater. Sci.主编 B.W. Sheldon 教授在其综述文章中指出“金属催化刻蚀方法制备的硅纳米线不易团聚和粉化，继承了体硅材料良好的导电性，有利于硅纳米线负极锂离子电池走向实际应用” 。该项目 8 篇代表性论文分别发表在 Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater.等国际著名刊物上，其中 6 篇代表性论文入选本领域近十年 ESI Top1%高被引论
11、文，授权发明专利 10 项。应邀在 Adv. Mater.等国际著名刊物发表综述，在国内外学术会议上做主题/特邀报告 50 余次。项目阶段性研究成果获 2015 年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学）一等奖。客观评价：该项目 8 篇代表性论文分别发表在 Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater.等国际著名刊物上，其中 6 篇代表性论文入选本领域近十年 ESI Top1%高被引论文。项目阶段性研究成果获 2015 年度高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学）一等奖。在国内外相关领域研究中产生了强烈影响，被学术界公认、广泛引用与采用，限于
12、篇幅，这里按照三个主要发现点顺序，简要列举如下：发现点 1：提出和建立了基于微观腐蚀原电池原理的硅纳米结构加工新策略美国科学院院士、加州大学伯克利分校杨培东教授在(Nature , 2008, 451, 163, 代表性引文 1, p163)中采用该方法制备了硅纳米线热电材料，指出“ 液相无电刻蚀方法制备的硅纳米线阵列垂直排布、均匀、面积可达晶圆规模”。美国真空学会会士、加州大学伯克利分校 R. Maboudian 教授在 (Surf. Sci. Rep., 2007, 62, 499, 代表性引文 2, p520-521)中用 439 个单词长篇幅评述，称 “彭等人利用简单的电化学刻蚀方法制
13、备定向硅纳米线阵列”，并在 (Phys. Rev. B, 2009, 80, 073306)中特别指出“电化学刻蚀硅纳米线方法是彭等人原创的 ”。比利时微电子研究中心 (IMEC)研究人员在 (Prog. Mater. Sci., 2013, 58, 1361, 代表性引文 3, p1380) 中用 391 个单词长篇幅引述，指出 “北京清华大学提出了一种金属辅助刻蚀硅纳米结构方法 这种方法固有的简单、低成本、低温、易规模化和快捷等特点对于光伏应用非常有吸引力”。美国、印度、西班牙、德国、俄罗斯等多国学者在联合撰写的长篇综述(Prog. Mater. Sci., 2016, 82, 294,
14、代表性引文 4, p376)中用 191 个单词引述，称“ 最著名的自上而下金属催化刻蚀硅纳米线方法及其配方是由彭等人发明的这种方法相对廉价且易规模化，用于制备高效光伏光吸收结构很有吸引力”。复旦大学 G.F. Zheng 教授在 (Adv. Mater., 2013, 25, 5177, 代表性引文 5, p5178-5179)中用 464 个单词长篇幅配图评述： “金属辅助液相刻蚀方法可以控制硅纳米线取向、直径、尺寸简单、成本低，可方便无明显限制地规模化”。美国工程院院士、加州大学圣地亚哥分校 S. Jin 教授在（Nano Lett., 2009, 9, 3570）中指出：“无电刻蚀方法
15、已被证实是一种简单、高效的大面积单晶硅纳米线阵列制备技术” 。爱尔兰皇家科学院院士 J.D. Holmes 教授在 (Prog. Mater. Sci., 2010, 55, 563) 中用236 个单词长篇幅配图引用，评价称“湿法金属催化刻蚀技术已成为最流行的自上而下高长径比硅纳米结构制备方法”，并在 (Chem. Mater., 2012, 24, 1975)中配图评价称“纳米自组装和金属催化刻蚀技术相结合提供了一条制备适合垂直集成电路器件和太阳能电池用长硅纳米线的技术途径”。美国密西根大学-安娜堡分校 J. Hart 教授在(Adv. Mater., 2012, 24, 1628) 中用
16、 300个单词长篇幅配图评述，指出“彭等人首次演示了自上而下金属催化刻蚀硅纳米线方法由于无需高温条件该方法比 CVD 生长方法具潜在优势”。日本京都大学 Y.H. Ogata 教授在(Curr. Opin. Solid State Mat. Sci., 2006, 10, 163)中用 247 个单词长篇幅引述，称“彭等人尝试利用原电池金属沉积制备硅纳米线，他们利用的是局域原电池机制而非气-液-固生长机制” 。荷兰屯特大学 J. Huskens 教授在 (Adv. Mater., 2015, 27, 6781) 综述中配图评述，指出“彭等人发现银、金催化硅刻蚀方向高度一致，沿 Si(100)方
17、向择优腐蚀，不依赖于衬底掺杂类型和浓度”。发现点 2：提出和发展了金属催化刻蚀黑硅太阳能电池器件Appl. Phys. Lett. 副主编、美国伊利诺伊大学 X.L. Li 教授在 (Curr. Opin. Solid State Mat. Sci., 2012, 16, 71, 代表性引文 7，p72, 74, 77, 79)中用多页篇幅配图 4 幅详细引述，指出：“ 彭等人利用一个巧妙的实验证明了金属催化刻蚀硅的特点.报道了基于硅纳米线和硅纳米洞阵列的光伏电池”。美国科学院院士、宾夕法尼亚州立大学 T.E. Mallouk 教授在(J. Am. Chem. Soc., 2007, 129,
18、 12344)中指出： “到目前为止，唯一报道的硅纳米线太阳能应用研究是基于刻蚀方法制备的硅纳米线” 。美国科学院院士、加州大学伯克利分校 P.D. Yang 教授在 (Chem. Rev., 2010, 110, 527)中配图评述： “与同等厚度块体材料比较，垂直排布的纳米线可以有效地散射光因此能吸收更多光”。IEEE Fellow、香港城市大学 P.K. Chu 教授在 (Mater. Sci. Eng. R-Rep., 2008, 61, 59, 代表性引文 6, p65-68, 70, 73-75)中用多页篇幅配图 9 幅详细引述，指出：“ 彭等人发现硅纳米线阵列能剧烈降低 300-
19、1000nm 波段的光反射光学减反射性能与高效太阳能电池中应用的多重减反射结构类似，彭与合作者研究了硅纳米线阵列的光伏应用”。美国工程院院士、加州理工学院 H.A. Atwater 教授在（ Nat. Mater., 2010, 9, 239; Science 2010, 327, 185）两篇论文中引用代表性论文 5，称：“对于太阳能收集，半导体线型阵列比平板结构更具吸引力”。香港科技大学 Z.Y. Fan 教授在( Nano Energy, 2012, 1, 57)中配图评价称：“ 彭等人报道的径向 p-n 结纳米洞太阳能电池具有比分立径向 p-n 结纳米线电池优异的机械鲁棒性”。美国艺术
20、与科学院院士、太平洋西北国家实验室 J. Liu 教授在 (ChemSusChem, 2008, 1, 676)中指出“ 彭等人将单晶硅纳米线阵列用于光伏电池研究，这种硅纳米线阵列具有优异的减反射性能” 。 发现点 3：提出和发展了金属催化刻蚀多孔硅纳米线负极锂离子电池Nature China 以“Nanowires: Boosting batteries”为题将该成果作为研究亮点报道。J. Mater. Sci.主编、美国布朗大学 B.W. Sheldon 教授在 (Adv. Energy Mater., 2014, 4, 1300882, 代表性引文 8, p10-11)中配图评价：“刻蚀
21、方法制备的硅纳米线不易团聚和粉化，继承了体硅材料良好的导电性，有利于硅纳米线锂离子电池走向实际应用”。美国科学院院士、加州大学伯克利分校 P.D. Yang 教授在(Chem. Rev., 2010, 110, 527)中指出： “大规模合成技术制备的具有长循环寿命的纳米线锂离子负极材料研究展示出令人鼓舞的未来能量存储应用前景”。美国马里兰大学 Y.H. Xu 教授和长沙理工大学 B. Li 在(J. Power Sources, 2014, 267, 469)中指出：“ 金属催化刻蚀硅纳米线继承了硅衬底电学性能，无需掺杂，其粗糙表面使其更适合锂离子电池负极应用”。代表性论文专著目录1) Ku
22、i-Qing Peng, Yun-Jie Yan, Shang-Peng Gao, Jing Zhu, Synthesis of large-area silicon nanowire arrays via self-assembling nanoelectrochemistry. Adv. Mater., 2002, 14, 1164-1167.2) Kuiqing Peng, Juejun Hu, Yunjie Yan. Yin Wu, Hui Fang, Ying Xu, Shuit-Tong Lee, Jing Zhu, Fabrication of single-crystallin
23、e silicon nanowires by scratching a silicon surface with catalytic metal particles. Adv. Funct. Mater., 2006, 16, 387-394.3) Kuiqing Peng, Aijiang Lu, Ruiqin Zhang, Shuit-Tong Lee, Motility of Metal Nanoparticles in Silicon and Induced Anisotropic Silicon Etching. Adv. Funct. Mater., 2008, 18, 3026-
24、3035.4) Zhipeng Huang, Hui Fang, Jing Zhu, Fabrication of silicon nanowire arrays with controlled diameter, length, and density. Adv. Mater., 2007, 19, 744-748.5) Kuiqing Peng, Ying Xu, Yin Wu, Yunjie Yan, Shuit-Tong Lee, Jing Zhu, Aligned single-crystalline Si nanowire arrays for photovoltaic appli
25、cations. Small, 2005, 1, 1062-1067.6) Kui-Qing Peng, Xin Wang, Li Li, Xiao-ling Wu, Shuit-Tong Lee, High-Performance Silicon Nanohole Solar Cells. J. Am. Chem. Soc., 2010, 13, 6872-6873.7) Kui-Qing Peng, Xin Wang, Li Li, Ya Hu, Shuit-Tong Lee, Silicon nanowires for advanced energy conversion and sto
26、rage. Nano Today, 2013, 8, 75-97.8) Kuiqing Peng, Jiansheng Jie, Wenjun Zhang, Shuit-Tong Lee, Silicon nanowires for rechargeable lithium-ion battery anodes. Appl. Phys. Lett., 2008, 93, 033105.主要完成人情况：排名完成人职称完成单位工作单位 创新性贡献 曾获科技奖励情况1彭奎庆教授清华大学北京师范大学提出了该项目科学问题和学术思想，制定了总体研究方案和技术路线。建立了基于金属/硅微观腐蚀原电池原理的自上
27、而下硅纳米加工新方法，设计并制备了硅纳米线阵列太阳能电池、硅纳米洞径向 p-n 结太阳能电池和硅纳米线光电化学太阳能电池，研制了多孔硅纳米线锂离子电池。对主要发现点 1,2 和 3 作出了贡献，是代表性论文1、2、3、5、6、7、8 的第一作者,代表性论文 2、3、5、6、7 的共同通讯作者。无2 朱静 教授 清华大学 清华大 学研究队伍组织和领导，是彭奎庆、黄智鹏和方慧的博士生导师，对本项目的总体目标和研究方向提出了指导性意见。提出了两步金属催化刻蚀硅纳米线技术的基础、硅纳米线在光伏电池和锂离子电池的应用等。对主要发现点 1,2 和 3作出了贡献，是代表性论文 1、4 的通讯作者,代表性论文
28、 2、5 的共同通讯作者。1.1989 年，国家自然科学奖四等奖, 微衍射及其图象分析，排名第一。3李述汤教授苏州大学苏州大学项目合作单位研究团队负责人，参与了项目实施及组建研究团队。研究了金属催化刻蚀硅机理以及硅纳米线在光伏电池、锂离子电池和气体传感器的应用等。对主要发现点 1,2 和 3 作出了贡献，是代表性论文 3、6、7 的共同通讯作者，代表性论文 8 的通讯作者。1.2002 年，国家自然科学二等奖，金刚石及新型碳基材料的成核与生长，排名第一；2.2005年，国家自然科学二等奖,氧化物辅助合成一维半导体纳米材料及应用，排名第一；3.2013 年，国家自然科学二等奖,高效光/电转换的新
29、型有机光功能材料，排名第二。4黄智鹏教授清华大学同济大学攻读博士学位期间参与了本项目的研究工作，研究了硅纳米线的可控刻蚀制备与金属催化刻蚀硅机理，建立了金属催化可控刻蚀硅纳米结构技术。对主要发现点 1 作出了贡献，是代表性论文 4 的第一作者。无5 方慧 教授 清华大学 中国蓝星（集 攻读博士学位期间参与了本项目的研究工作，参与了金属催化刻蚀硅机理和硅 无级高工团）股份有限公司纳米线太阳能电池研究。对主要发现点1 和 2 做出了贡献，是代表性论文 2 和 4的作者。完成人合作关系说明：第一完成人：彭奎庆教授，朱静院士的博士研究生和李述汤院士的博士后，提出了本项目的主要学术思想和研究方向，制定了
30、研究方案和技术路线，与朱静院士共同发表了代表性论文 1、2、5，和李述汤院士共同发表了代表性论文 2、3、5、6、7、8。第二完成人：朱静院士，负责了项目规划、实施及组建研究团队，和彭奎庆教授共同发表了代表性论文 1、2、5，和李述汤院士共同发表了代表性论文 2、5。第三完成人：李述汤院士，项目合作单位研究团队负责人，参与了项目实施及组建研究团队。与彭奎庆教授共同发表了代表性论文 2、3、5、6、7、8，与朱静院士共同发表了代表性论文 2、3、5。第四完成人：黄智鹏教授，朱静院士的博士研究生，在清华大学学习期间参与了该项目，与朱静院士和方慧博士共同发表了代表性论文 4。第五完成人：方慧教授级高级工程师，朱静院士的博士研究生，在清华大学学习期间参与了该项目，与彭奎庆教授和朱静院士共同发表了代表性论文 2，与朱静院士和黄智鹏教授共同发表了代表性论文 4。
