科學研究：
研究領域：
雷教授主要從事二次電池電極材料、無機功能材料的合成和固體廢棄物的資源化研究，目的是發現適合于電動汽車使用的二次電池正電極材料、無機功能材料的高效率低能耗生產方法、有經濟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線用電器，如電動汽車、便攜式電動工具的首選動力電源。實際上，一些商業化的油電混合動力汽車（hybrid
electric vehicle, HEV）使用的電源就是鎳氫電池。對于動力電源用鎳氫電池，它必須滿足瞬時放電功率大、可快速充電、循環壽命長等要求。已有的研究發現，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壽命，可以成為高性能動力電池的正極材料。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，該材料的循環壽命也非常好。
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| 圖1［Ni4A1(OH)10］X.mH2O(X=NO3-,OH-)電極的放電容量與循環次數的關系。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（相對于HgO/Hg標準電極）。隨后在800mAg-1下充放電100循環后再重復以上實驗。 |
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（相對于HgO/Hg標準電極）。注意，圖2中充電電流密度為240mAg-1時，充電時間僅為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：（1）這里所說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，負極材料也可以選用石墨電極。它的電池反應如下：
因此，完全有可能使用與鋰離子電池同樣的設備和技術生產鈉離子電池；（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，儲藏量大。因此，即使它性能不如鋰離子電池，它也因為其價廉，而且具有如鋰離子電池一樣的優點，例如能量密度大、工作電壓高，因此在一些要求較低的場合得到廣泛使用。況且，隨著電極材料的制備技術的改進和新電極材料的發現，其性能會得到大大提高的。
我們的研究主要集中在正極材料上。目前，已在實驗室獲得了NaNiO2，正在進行各種電化學性能的測試工作。
二、利用層狀氫氧化物的特殊性質合成各種材料。
層狀氫氧化物（layered double hydroxides，簡記為 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 大多為二價金屬陽離子，M' 是三價的金屬陽離子，二者的物質量的比例為 x:y，上式括號中的 M、M'和OH- 構成帶正電荷的層板；An- 代表層間的陰離子，m為層間結晶水的量[6]，An- 和結晶水構成了層間粒子。圖1給出了 [Mg2Al(OH)6]Cl 的計算機模擬圖。
該類化合物在結構上具有較為穩定的氫氧化物層和可交換的層間陰離子，因而可用于材料（包括有機無機復合材料）制備、離子交換與有害陰離子脫除、異構體化學分離、化學反應控制、活性分子儲存與緩釋、局部化學反應合成、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下式表示：
層狀氫氧化物的第二個重要特性是其熱分解性質。這是構成層狀氫氧化物阻燃性的關鍵要素。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，從合成化學上講，層狀氫氧化物提供了一種從離子/分子層次到三維結構材料的橋梁，因此可以在合成化學上得到應用。其理由在于可以通過金屬離子和層間陰離子數量的調整來獲得原子級混合的具有要求計量比的氧化物前驅體。
我們已在有機無機復合阻燃劑、光轉換材料、鎳氫電池、鈉離子正電極材料等方面取得了重要進展。
（1）、無機有機復合阻燃劑的研究 ：
有機高分子材料在為我們提供了大量便利和舒適的同時，也給我們帶來了造成大量人員死亡的火災。為了防止悲劇的發生，必須對這些材料進行阻燃處理。向可燃物添加阻燃劑是增強可燃物難燃性的一種方法。其添加方式包括化學方法和物理方法兩種。
一般將阻燃劑分為有機和無機兩大類。有機阻燃劑大多是一些含鹵的小分子，其阻燃效率高，但是它們在燃燒時會產生窒息性的鹵化氫氣體，也產生一些有毒氣體，近年來在歐洲已被限制使用。無機阻燃劑，特別是氫氧化物系列阻燃劑剛好相反，但是它存在與有機材料相容性較差的問題。由于需要大量的使用才能產生要求的阻燃性能，無機阻燃劑可能會造成材料機械性能的嚴重下降。
將無機阻燃劑納米化、用有機表面活性劑處理是解決無機阻燃劑與有機材料相容性問題常用方法。本研究使用層狀氫氧化物可以發生陰離子交換的特點，將有機阻燃劑陰離子和其它有機陰離子嵌入到層狀氫氧化物的層間與外表面，使之具有無機阻燃劑的消煙、低毒和填充作用，同時有有機阻燃劑的氣相阻燃、與有機材料相容性好的特點。
為了使這種有機無機復合阻燃劑得到廣泛地使用，本項目還對有機無機復合物表面的物理化學作用進行深入地研究。
（2）、無機氧化物材料的研究 ：
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構發展的橋梁。無機氧化物材料的合成研究就是
期望發現一種能夠進行無機材料理性合成的方法。我們已在光轉換材料方面開展了一定的研究，取得一些進展。例如，我們使用層狀氫氧化物前體[Ca2.9-xAl2Eux(OH)9.8](NO3)2+x×mH2O合成了一種新的發光材料Ca3Al2O6:Eu3+，該材料在紫外光照射下可以發出明亮的橙色光。下圖是不同溫度下制備的材料在紫外燈照射下的發光情況（紫外光波長 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構可以提供良好的離子快速遷移通道，這對電極材料至關重要。關于這些內容請見高性能二次電池正極材料部分。
三、固體廢棄物的資源化問題研究。
我們主要利用有效的物理方法先把固體廢棄物分離，然后再使用化學方法把不能直接回收使用的部分組分轉化為有用物質。通過這種處理，我們可以得到較好的經濟效益。我們在廢舊電池的資源化及二次電池的循環生產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生產問題，結果令人鼓舞：它們都可以產生經濟效益。對鋅錳干電池的研究表明，若使用鋅錳干電池作為原料生產鋅錳軟磁鐵氧體，也可以產生經濟效益。所有這些工作，對推進社會力量參與到廢舊物資回收工作有重要的意義。 雷立旭教授發明的《廢舊二次電池的資源化與二次電池的循環生產技術》提供了一種循環生產二次電池的可能，大大減少對原材料的依賴。它通過將電池各組分徹底地物理分離來減少回收費用，減輕回收過程產生二次污染的
可能性；最后通過適當的化學處理再生電極活性成分，從而使它們用于電池的再生產。通過這種方法，二次電池的生產可以永久持續下去，使電池生產和使用免除來自市場和有害元素的威脅。
該項目已在2007年12月獲得江蘇省“六大人才高峰”第四批資助項目獲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系，也得到了風險投資的關注。目前正在積極推進該技術的產業化工作。 迄今為止，雷立旭教授已經申請并獲得多項相關中國發明專利授權，在國際核心期刊上發表多篇關于電池材料的學術論文，占領著電池材料研發的最前沿地位。為了讓廢舊電池不再污染環境，為了讓電池變得更“雷”，促進純電動汽車的發展，雷立旭教授正在和他的研發團隊緊鑼密鼓的進行科學研究。他歡迎有志于發掘電池潛能的生產廠商和他緊密地合作，及早把這項技術產業化。
論文專著：
發表論文：
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.層狀復合金屬氫氧化物：結構、性質及其應用 雷立旭 張衛峰 胡猛 Dermot O’Hare 《無機化學學報》 2005
9.固態化學反應與固體結構 雷立旭 忻新泉 《化學通報》 1997
10. 固相反應合成M(biN)_nCl_2配合物 李昌雄 雷立旭 忻新泉 《科學通報》 1993年 第23期
11. 稀土硝酸鹽與取代苯并-15-冠-5固態配合物的合成與性質 盧愛茹 雷立旭 陳曉青 張國忠 《西北師范大學學報》(自然科學版) 1991年 第03期
12. 固相配位化學反應研究（LXVII）──固－固相反應合成混配化合物 張蔚玲 鄭麗敏 雷立旭 忻新泉 《高等學校化學學報》 1994年 第10期
13. 固相配位化學反應研究 L ⅩⅩⅢ.等溫電導法研究醋酸錳和草酸的室溫固相化學反應 雷立旭 景蘇 傅巖 忻新泉 周衡南 《無機化學學報》 1996年 第01期
14. 室溫固相化學反應與固體結構 雷立旭 忻新泉 《化學通報》 1997年 第02期
15. 2MgNi 0.1Mo-10%G復合儲氫材料的研制 謝衍生 孫岳明 傅巖 雷立旭 《上海化工》 2004年 第08期
16. 儲氫材料的發展概況 謝衍生 孫岳明 傅巖 雷立旭 《材料導報》 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》 2007年 第S1期
21. Y取代的Ni(OH)_2的電化學性能 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 《無機化學學報》 2009年 第09期
23. 基于創新能力培養的有機化學實驗教學體系研究 郭玲香 周鈺明 雷立旭 王國力 《長春理工大學學報》(高教版) 2009年 第12期
學習及工作經歷：
