科学研究：
研究领域：
雷教授主要从事二次电池电极材料、无机功能材料的合成和固体废弃物的资源化研究，目的是发现适合于电动汽车使用的二次电池正电极材料、无机功能材料的高效率低能耗生产方法、有经济效益的固体废弃物资源化途径。
科研成果：
一、高性能二次电池正极材料。
（1）、镍氢电池正极材料的研究：
镍氢电池是目前大功率无线用电器，如电动汽车、便携式电动工具的首选动力电源。实际上，一些商业化的油电混合动力汽车（hybrid
electric vehicle, HEV）使用的电源就是镍氢电池。对于动力电源用镍氢电池，它必须满足瞬时放电功率大、可快速充电、循环寿命长等要求。已有的研究发现，镍基层状氢氧化物，例如[Ni4Al(OH)10]X．mH2O (X = NO3-, OH-)具有良好的大电流充放电性能和循环寿命，可以成为高性能动力电池的正极材料。图1和图2给出了两种电极材料的电化学性能。从图中可以看出，[Ni4Al(OH)10]OH．mH2O具有非常好的大电流充放电性能，可以在10—15分钟充满电，即使在2000 mAg-1的电流密度下放电（不到10分钟放完电），其放电容量也可以达到290mAhg-1。因此，材料的大电流充放电性能极佳；从图1也可以看出，该材料的循环寿命也非常好。
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| 图1［Ni4A1(OH)10］X.mH2O(X=NO3-,OH-)电极的放电容量与循环次数的关系。充放电制度如下：先在电极在00mAg-1充电30分钟，然后分别在100，200，400，800，2000mAg-1下放电至0.1V（相对于HgO/Hg标准电极）。随后在800mAg-1下充放电100循环后再重复以上实验。 |
图2［Ni4A1(OH)10］X.mH2O(X=NO3-,OH-)电极的在不同充电电流密度，但在相同放电电流密度下的充放电曲线。充放电制度如下：先让电极在途中所示的电流密度充电至电量为400mAg-1，然后分别在800mAg-1下放电至0.1V（相对于HgO/Hg标准电极）。注意，图2中充电电流密度为240mAg-1时，充电时间仅为400mAg-1/2400mAg-1=1/6h=10min。 |
（2）、钠离子电池正极材料的研究：
主要基于如下事实：（1）这里所说的钠离子电池的工作原理与锂离子电池相同。其正极材料是像LiCoO2一样的层状材料，如NaNiO2，负极材料也可以选用石墨电极。它的电池反应如下：
因此，完全有可能使用与锂离子电池同样的设备和技术生产钠离子电池；（2） 已有许多研究表明，如上的电极材料存在；（3）钠离子电池的工作电压为3 V，因此对电解液的要求大大降低，极大地提高了电池的安全性；（4）Na、Ni等金属比Li、Co便宜，储藏量大。因此，即使它性能不如锂离子电池，它也因为其价廉，而且具有如锂离子电池一样的优点，例如能量密度大、工作电压高，因此在一些要求较低的场合得到广泛使用。况且，随着电极材料的制备技术的改进和新电极材料的发现，其性能会得到大大提高的。
我们的研究主要集中在正极材料上。目前，已在实验室获得了NaNiO2，正在进行各种电化学性能的测试工作。
二、利用层状氢氧化物的特殊性质合成各种材料。
层状氢氧化物（layered double hydroxides，简记为 LDHs），又称阴离子粘土、类水滑石材料等，其通式可写作 [MxM'y(OH)2(x+y)]y+An-y/n·mH2O。式中，M 大多为二价金属阳离子，M' 是三价的金属阳离子，二者的物质量的比例为 x:y，上式括号中的 M、M'和OH- 构成带正电荷的层板；An- 代表层间的阴离子，m为层间结晶水的量[6]，An- 和结晶水构成了层间粒子。图1给出了 [Mg2Al(OH)6]Cl 的计算机模拟图。
该类化合物在结构上具有较为稳定的氢氧化物层和可交换的层间阴离子，因而可用于材料（包括有机无机复合材料）制备、离子交换与有害阴离子脱除、异构体化学分离、化学反应控制、活性分子储存与缓释、局部化学反应合成、催化剂及催化剂载体等方面。层状氢氧化物的阴离子交换性可以通过下式表示：
层状氢氧化物的第二个重要特性是其热分解性质。这是构成层状氢氧化物阻燃性的关键要素。图2是层状氢氧化物 [Mg6Al2(OH)16]CO3·4H2O 在惰性气氛下的热重分析图。200 °C以下的失重是由层间水的脱除引起（理论值12.9%）；200-300 °C之间是层内的羟基脱水（理论值25.9%）；400 °C附近为层间离子 CO32- 分解脱除 CO2（理论值7.9%）。
第三，从合成化学上讲，层状氢氧化物提供了一种从离子/分子层次到三维结构材料的桥梁，因此可以在合成化学上得到应用。其理由在于可以通过金属离子和层间阴离子数量的调整来获得原子级混合的具有要求计量比的氧化物前驱体。
我们已在有机无机复合阻燃剂、光转换材料、镍氢电池、钠离子正电极材料等方面取得了重要进展。
（1）、无机有机复合阻燃剂的研究 ：
有机高分子材料在为我们提供了大量便利和舒适的同时，也给我们带来了造成大量人员死亡的火灾。为了防止悲剧的发生，必须对这些材料进行阻燃处理。向可燃物添加阻燃剂是增强可燃物难燃性的一种方法。其添加方式包括化学方法和物理方法两种。
一般将阻燃剂分为有机和无机两大类。有机阻燃剂大多是一些含卤的小分子，其阻燃效率高，但是它们在燃烧时会产生窒息性的卤化氢气体，也产生一些有毒气体，近年来在欧洲已被限制使用。无机阻燃剂，特别是氢氧化物系列阻燃剂刚好相反，但是它存在与有机材料相容性较差的问题。由于需要大量的使用才能产生要求的阻燃性能，无机阻燃剂可能会造成材料机械性能的严重下降。
将无机阻燃剂纳米化、用有机表面活性剂处理是解决无机阻燃剂与有机材料相容性问题常用方法。本研究使用层状氢氧化物可以发生阴离子交换的特点，将有机阻燃剂阴离子和其它有机阴离子嵌入到层状氢氧化物的层间与外表面，使之具有无机阻燃剂的消烟、低毒和填充作用，同时有有机阻燃剂的气相阻燃、与有机材料相容性好的特点。
为了使这种有机无机复合阻燃剂得到广泛地使用，本项目还对有机无机复合物表面的物理化学作用进行深入地研究。
（2）、无机氧化物材料的研究 ：
前面我们已指出，层状氢氧化物可以作为零维离子分子向三维结构发展的桥梁。无机氧化物材料的合成研究就是
期望发现一种能够进行无机材料理性合成的方法。我们已在光转换材料方面开展了一定的研究，取得一些进展。例如，我们使用层状氢氧化物前体[Ca2.9-xAl2Eux(OH)9.8](NO3)2+x×mH2O合成了一种新的发光材料Ca3Al2O6:Eu3+，该材料在紫外光照射下可以发出明亮的橙色光。下图是不同温度下制备的材料在紫外灯照射下的发光情况（紫外光波长 250nm）：
（3）、高性能二次电池正极材料的研究 ：
层状氢氧化物的层状结构可以提供良好的离子快速迁移通道，这对电极材料至关重要。关于这些内容请见高性能二次电池正极材料部分。
三、固体废弃物的资源化问题研究。
我们主要利用有效的物理方法先把固体废弃物分离，然后再使用化学方法把不能直接回收使用的部分组分转化为有用物质。通过这种处理，我们可以得到较好的经济效益。我们在废旧电池的资源化及二次电池的循环生产方面得到了较好的研究成果。例如，我们使用如下流程回收了锂离子电池的全部成分，并再生获得了可用于电池生产的LiCoO2:
使用类似的思路，我们另外研究了废旧镍氢电池（图3）、镍镉电池的资源化和它们的循环生产问题，结果令人鼓舞：它们都可以产生经济效益。对锌锰干电池的研究表明，若使用锌锰干电池作为原料生产锌锰软磁铁氧体，也可以产生经济效益。所有这些工作，对推进社会力量参与到废旧物资回收工作有重要的意义。 雷立旭教授发明的《废旧二次电池的资源化与二次电池的循环生产技术》提供了一种循环生产二次电池的可能，大大减少对原材料的依赖。它通过将电池各组分彻底地物理分离来减少回收费用，减轻回收过程产生二次污染的
可能性；最后通过适当的化学处理再生电极活性成分，从而使它们用于电池的再生产。通过这种方法，二次电池的生产可以永久持续下去，使电池生产和使用免除来自市场和有害元素的威胁。
该项目已在2007年12月获得江苏省“六大人才高峰”第四批资助项目获A类资助。另外，雷立旭教授和多家电池厂商建立了巩固的合作研究关系，也得到了风险投资的关注。目前正在积极推进该技术的产业化工作。 迄今为止，雷立旭教授已经申请并获得多项相关中国发明专利授权，在国际核心期刊上发表多篇关于电池材料的学术论文，占领着电池材料研发的最前沿地位。为了让废旧电池不再污染环境，为了让电池变得更“雷”，促进纯电动汽车的发展，雷立旭教授正在和他的研发团队紧锣密鼓的进行科学研究。他欢迎有志于发掘电池潜能的生产厂商和他紧密地合作，及早把这项技术产业化。
论文专著：
发表论文：
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.层状复合金属氢氧化物：结构、性质及其应用 雷立旭 张卫峰 胡猛 Dermot O’Hare 《无机化学学报》 2005
9.固态化学反应与固体结构 雷立旭 忻新泉 《化学通报》 1997
10. 固相反应合成M(biN)_nCl_2配合物 李昌雄 雷立旭 忻新泉 《科学通报》 1993年 第23期
11. 稀土硝酸盐与取代苯并-15-冠-5固态配合物的合成与性质 卢爱茹 雷立旭 陈晓青 张国忠 《西北师范大学学报》(自然科学版) 1991年 第03期
12. 固相配位化学反应研究（LXVII）──固－固相反应合成混配化合物 张蔚玲 郑丽敏 雷立旭 忻新泉 《高等学校化学学报》 1994年 第10期
13. 固相配位化学反应研究 L ⅩⅩⅢ.等温电导法研究醋酸锰和草酸的室温固相化学反应 雷立旭 景苏 傅岩 忻新泉 周衡南 《无机化学学报》 1996年 第01期
14. 室温固相化学反应与固体结构 雷立旭 忻新泉 《化学通报》 1997年 第02期
15. 2MgNi 0.1Mo-10%G复合储氢材料的研制 谢衍生 孙岳明 傅岩 雷立旭 《上海化工》 2004年 第08期
16. 储氢材料的发展概况 谢衍生 孙岳明 傅岩 雷立旭 《材料导报》 2004年 第05期
17. 四氯邻苯二甲酸酐(TCP)与层状氢氧化物的组装与表征 张洪刚 雷立旭 韩杰 《化工时刊》 2006年 第12期
18. 一种废旧锂离子电池成分分离的方法 吕小三 雷立旭 余小文 韩杰 《电池》 2007年 第01 期
19. 用废旧锌锰干电池制取软磁铁氧体 韩杰 汪仕佐 雷立旭 《化工时刊》 2007年 第02期
20. 层状氢氧化物阻燃剂 位建华 雷立旭 《塑料工业》 2007年 第S1期
21. Y取代的Ni(OH)_2的电化学性能 蒋忠桂 胡猛 高晓蕊 雷立旭 《电池》 2008年 第02期
22. 低热固相合成类金刚石型配位聚合物Zn(INA)_2 张若冰 陈金喜 孟伟伟 王艳 雷立旭 《无机化学学报》 2009年 第09期
23. 基于创新能力培养的有机化学实验教学体系研究 郭玲香 周钰明 雷立旭 王国力 《长春理工大学学报》(高教版) 2009年 第12期
学习及工作经历：
