匯總：一起回顧崔屹和他的團隊的研究發展歷程

人物簡介：

1998年在中國科學技術大學獲理學學士學位， 2002年在哈佛大學獲得博士學位（導師Charles Lieber），期間發表文章包括4篇science，1篇nature，2003年-2005年在加州大學伯克利分校從事博士后研究（導師Paul Alivisatos），并于2005年加盟斯坦福大學，現為斯坦福大學材料科學與工程系教授。現任Nano Letters副主編、美國灣區太陽能光伏聯盟（Bay Area Photovoltaics Consortium）主任以及美國電池500聯盟（Battery500 Consortium）主任。Yi Cui教授是當今世界知名的材料科學家，主要研究領域集中在能源存儲、納米顯微技術、納米環保技術、納米生物技術、先進材料的合成與制造等等，以納米技術為核心，多學科交叉，多方向并進是崔屹教授課題組研究的重要特點，在納米材料研究取得了很多開創性的成就，在Science、Nature系列等高水平雜志上共發表近400篇研究論文，H-Index（H因子）155，總引用高達10萬余次。授權國際專利40余件，并獲得一系列獎項，包括2017年度布拉瓦尼克青年科學家獎，2015年MRS Kavli Distinguished Lectureship in Nanoscience, Resonate Award for Sustainability，2014年Nano Energy獎、2014年Blavatnik（布拉瓦尼克）國家獎入圍獎、2013年IUPCA（國際理論化學與應用化學聯合會）新材料及合成杰出獎、2011年哈佛大學威爾遜獎、2010年斯隆研究基金、2008年KAUST研究獎、2008年ONR年輕發明家獎、2007年MDV創新獎等，2004年入選“世界頂尖100名青年發明家”。Yi Cui教授還是一位創業家。9年前，他創辦了第一家公司安普瑞斯（Amprius），生產硅負極高能鋰電池；2015年，他和諾獎得主、美國前能源部部長朱棣文教授共同創辦了4CAir公司，生產霧霾過濾產品。（資料收集于網絡）

下面整理了近年來崔屹和他的研究團隊的研究成果，方便大家全面了解研究進展。

發表的論文：

1.Science Advances：3D鋰負極的穩定界面設計

在美國斯坦福大學崔屹教授（通訊作者）帶領下，與博世北美研究與技術中心和美國SLAC國家加速器實驗室合作，設計并開發了一種使用ALD涂層空心碳球（HCS）的新型3D電極。微孔碳殼用作堅固的框架來限制電化學鋰沉積。與團隊之前的研究相比，薄ALD涂層密封了HCS的微孔，以防止電解液接觸鋰并使有缺陷的HCS表面失活。通過這種設計，液體電解液僅接觸ALD Al₂O₃/HCS 的外表面并且不能穿透空心球。因此，在循環時SEI僅在ALD涂覆的HCS的外側形成。在鋰沉積期間，鋰離子穿透外部Al₂O₃/C殼，并在空心球內沉積。在醚基電解液中實現了超過500圈循環，庫侖效率高達99％，這在類似測試條件下優于大多數先前的工作。相關成果以題為“Engineering stable interfaces for three-dimensional lithium metal anodes”發表在Science Advances上。

文獻鏈接：Engineering stable interfaces for three-dimensional lithium metal anodes（Science Advances,2018,DOI：10.1126/sciadv.aat5168）

2.Nat. Catalysis：三相界面上高效的電催化CO2還原

在美國斯坦福大學崔屹教授（通訊作者）帶領下，與朱棣文教授合作，提出了一種模仿哺乳動物肺的氣體擴散設計策略：模擬哺乳動物通過肺將O₂從人體外的空氣輸送到體內。肺泡直徑約200μm，由超薄上皮細胞膜（約1μm厚）包圍，具有高透氣性和低水透過性。在人體肺循環期間，氣體可以迅速穿透這些多層膜，在肺泡和毛細血管之間進行交換，同時液體保持分離。紅細胞中的血紅蛋白結合O₂起到催化劑的作用。從血液釋放到體外的CO₂遵循相反的路徑。基于肺泡的工作機理，崔屹教授團隊開發了一種雙層袋狀人工肺泡結構，由高度柔性的超薄納米多孔聚乙烯（nanoPE）膜構成，膜一側鍍有非常薄的一層金納米催化劑(~20nm)。利用納米聚乙烯的疏水性，這種人造肺泡結構可在三相界面處提供大量催化活性位點，并在雙層膜間實現局部pH調節。受益于這種設計，電化學CO₂RR在-0.6V(vs. RHE)，實現了~92％的優異的CO產生法拉第效率（FE_CO）和~25.5mA cm^-2的CO產生電流密度。相關成果以題為“Efficient electrocatalytic CO₂?reduction on a three-phase interface”發表在Nat. Catalysis上，論文第一作者是斯坦福大學李君博士。

文獻鏈接：Efficient electrocatalytic CO₂?reduction on a three-phase interface（Nat. Catalysis,2018,DOI：10.1038/s41929-018-0108-3）

3.Adv. Mater: 具有高離子導電性和高模量的二氧化硅-氣凝膠增強復合聚合物電解質

斯坦福大學崔屹教授聯合Reinhold H. Dauskardt教授開發了一種二氧化硅-氣凝膠增強復合聚合物電解質（CPE）。 在這種設計中，氣凝膠具有獨特性能，其具有高彈性模量，高孔隙率，特別是大的內表面積，都起著關鍵作用。 通過摻入強SiO 2氣凝膠主鏈，復合電解質的機械性能得到顯著改善，使電解質能夠機械地抑制Li枝晶的生長。 高孔隙率進一步促進了復合材料中大量聚合物電解質的占據，從而實現更有效的鋰離子傳導。最后，具有大內表面積的超細且分布均勻的SiO 2域促進了更明顯的路易斯酸-堿與陰離子的相互作用，因此能夠實現更高的Li鹽離解。具有連續的高陰離子吸附區域的互連的SiO₂氣凝膠網絡進一步提高了離子傳導性。相關研究成果“A Silica‐Aerogel‐Reinforced Composite Polymer Electrolyte with High Ionic Conductivity and High Modulus”為題發表在Advanced Materials上。

文獻鏈接：“A Silica‐Aerogel‐Reinforced Composite Polymer Electrolyte with High Ionic Conductivity and High Modulus”(Adv. Mater., 2018,?DOI: 10.1002/adma.201802661)

4.Joule：具有改進的機械和電化學循環穩定性的可伸縮鋰金屬負極

美國斯坦福大學的崔屹（通訊作者）等人，首次制備出具有穩定機械和電化學性能的可拉伸Li金屬負極。通過高彈性聚合物橡膠和“一體化”Li金屬微域的連接組成。在拉伸時，橡膠吸收機械能，而電活性Li區域沒有機械應變。而且，整個電極是通過簡單地纏繞一根成本低廉的銅線制成的。與傳統可拉伸“鋰離子電池”不同，可伸縮的鋰金屬負極是開發新型可拉伸“鋰金屬電池”的關鍵步驟，有望提高可拉伸能量儲存設備的能量密度。相關成果以“Stretchable Lithium Metal Anode with Improved Mechanical and Electrochemical Cycling Stability”為題發表在Joule上。

文獻鏈接：Stretchable Lithium Metal Anode with Improved Mechanical and Electrochemical Cycling Stability（Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.06.003）。

5.Nat. Energy：具有電網規模儲能潛力的錳氫電池

美國斯坦福大學的崔屹（通訊作者）等人，研發出一種新型的Mn-H二次電池。在兩電極反應中，電池的正極是可溶的Mn²⁺和固態MnO₂，負極材料是循環的H₂和H₂O。其中，H₂和H₂O是通過析氫和氧化的催化反應獲得。這個電池的放電電壓是~1.3 V，循環10000圈后容量沒有衰減。在4 M MnSO₄電解液中，電池的質量能量密度為~139 Wh kg^-1，體能量密度為~210 Wh l^-1。Mn-H電池是價格低、原料豐富，并且具有大規模應用潛力的儲能設備。相關成果以“A manganese–hydrogen battery with potential for grid-scale energy storage”為題發表在Nature Energy上。

文獻鏈接：A manganese–hydrogen battery with potential for grid-scale energy storage（Nature Energy, 2018, DOI: 10.1038/s41560-018-0147-7）。

6.science:玩轉冷凍電鏡——揭密電池材料和界面原子結構

北京時間2017年10月27日，Science在線發表了美國斯坦福大學崔屹（通訊作者）團隊題為“Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy”的文章，繼冷凍電鏡獲得諾貝爾獎后，應用冷凍電鏡的又一力作。理論上，可以在原子尺度上將單個鋰金屬原子及其界面分解。崔屹團隊實現了利用冷凍電鏡觀測電池材料和界面原子結構，觀察到碳酸鹽基電解質中的枝晶沿著<111>（優先），<110>或<211>方向生長為單晶納米線。這些生長方向可能會發生變化，但沒有觀察到晶體缺陷。 此外，團隊還揭示了在不同電解質中形成的不同的SEI納米結構。這項工作提供了一種簡單的方法在原子尺度上保留和成像光束敏感性電池材料的原始狀態，揭示其詳細的納米結構。從這些實驗中觀察到的相關數據可以實現對電池故障機理的完整了解。盡管此工作以Li金屬為例來證明cryo-EM的實用性，但是這種方法也可能會擴展到涉及光束敏感材料（如鋰化硅或硫）的其他研究。

文獻鏈接：Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy（Science,2017,DOI: 10.1126/science.aam6014）

7.Nature Energy：高可逆容量鈉離子電池取得突破性進展

斯坦福大學的鮑哲楠教授和崔屹教授（共同通訊作者）等共同揭示了玫棕酸鈉（Na₂C₆O₆）作為鈉離子電池正極材料的主要限制因素。該研究表明，充放電過程中Na₂C₆O₆會在α-Na₂C₆O₆與γ-Na₂C₆O₆之間發生相變，該相變的可逆性決定了Na₂C₆O₆正極的可逆容量及長循環穩定性。由于充電（脫鈉）過程中由γ-Na₂C₆O₆轉變為α-Na₂C₆O₆的相變過程需要克服較大的活化能，該相變通常呈現出高度的不可逆性，嚴重制約了Na₂C₆O₆正極的電化學性能。為了解決這一問題，可以通過減小Na₂C₆O₆的晶粒尺寸并選取合適的電解質溶液的方法降低該相變的活化能壘，使充放電過程中α-Na₂C₆O₆與γ-Na₂C₆O₆之間的相變具備高度可逆的特征，實現了在每個Na₂C₆O₆晶胞中可逆儲存4個鈉原子的儲鈉機制，從而實現了高的可逆容量及循環穩定性。電化學測試表明，當選取溶劑化作用強的二甘醇二甲醚（DEGDME）作為電解質溶液時，納米Na₂C₆O₆正極能達到484 mAh/g的可逆容量及726 Wh/kg的能量密度（基于Na₂C₆O₆正極），其能量效率高達87%，并具有較高的容量保持率。該Na₂C₆O₆正極的比能量高達其理論值的96.6%，并超過了之前報導的所有鈉離子電池正極材料。這一發現為構建可持續型高性能大規模儲能體系點亮了曙光。該研究成果以“High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate”為題，發表在Nature Energy上，該工作的第一作者為斯坦福大學化學工程學院的Minah Lee博士后。

文獻鏈接：High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate (Nat.Energy, 2017, DOI:10.1038/s41560-017-0014-y)

8.Nat. Commun.：保溫利器-具有納米孔洞的金屬化聚乙烯織物

斯坦福大學的崔屹教授團隊在Nature Communications上發表了題為Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile的文章，指出了未來利用金屬化聚乙烯制造具有優越保溫性服飾的可能。該團隊成功構建了一個一維穩態熱傳遞模型，得出了在寒冷環境中人體皮膚溫度恒定條件下，衣物紅外性能和外界溫度的關系。研究發現，織物外表面的紅外輻射率對衣服的保溫性能有重要影響，而織物內表面的紅外輻射率對保溫性能幾乎沒有影響。該團隊進而設計了一種低紅外輻射率（10.1%）的具有納米孔洞的金屬化聚乙烯織物，當穿上這種衣服后，即使外界供暖溫度降低7.1℃，人體的舒適度也不會受影響。這一研究成果有望大大降低對居室供暖的需求，進而對未來資源的有效利用和可持續發展產生深遠影響。

文獻鏈接：Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile (Nature Communication, 8, Article number: 496 (2017)? Doi:10.1038/s41467-017-00614-4 )

9.Nat. Commun.：鋰硫電池中非活性硫化物的活化反應

美國斯坦福大學崔屹教授在Nat. commun.上報道了一種采用添加廉價的硫，并且通過攪拌邊加熱的方法來激活這種非活性硫化物，從而達到抑制電池容量損失的目的。單電池的容量可達0.9 Ah, 體積能量密度可達95 Wh/L(3M Li₂S₈), 這個數值大概是全釩流電池的4倍。并且在高濃度的Li₂S₈ (5M)體積能量密度可達135 Wh/L。該研究首次將活性材料的負載量提高到了0.125 g/cm³ (約有2g S在單個電池中)，并且取得了優異的性能。

文獻鏈接：Reactivation of dead sulfide species in lithium polysulfide flow battery for grid scale energy storage (Nat. commun.，2017,doi:10.1038/s41467-017-00537-0)

10.Science Advances：過鋰化介孔AlF-3框架構建用于高電流密度的金屬鋰電池負極

來自斯坦福大學的崔屹教授團隊（通訊作者）在著名Science子刊Science Advances上發表題為” Ultrahigh–current density anodes with interconnected Li metal reservoir through overlithiation of mesoporous AlF₃ framework”的文章，第一作者為Hansen Wang (王瀚森)。該文章報道了一種用Al₄Li_9--LiF作為穩定主體框架，三維金屬鋰通過介孔AlF-₃的簡單一步過鋰化過程嵌入該納米復合物中(Li/Al₄Li_9--LiF,LAFN)，從而構建新型金屬鋰負極的方法。這種LAFN是一種在鋰剝離/沉積過程中近乎零體積改變的理想主體框架。盡管框架占據了空間，但是LAFN復合物中的金屬鋰仍有1571mAh g^-1的高比容量以及1447mAh cm^-3的體積容量。同時，它促進了鋰離子的擴散，改良了鋰金屬與電解液的界面，有效抑制鋰枝晶的生長，由于這些優點，該金屬鋰電極能夠在20mA cm^?2高電流密度下循環至少100次，并且改善了全電池在高倍率下的工作性能、提高了庫倫效率。

文獻鏈接: Ultrahigh–current density anodes with interconnected Li metal reservoir through overlithiation of mesoporous AlF₃ framework(Science Advances: 10.1126/sciadv.1701301)

11.JACS：表面氟化增強活潑電池負極材料的穩定性

斯坦福大學的崔屹教授（通訊作者）課題組提出使用含氟聚合物CYTOP作為固態和無毒的氟源，開發了一種便捷的表面氟化工藝。在常見的含氟聚合物中，只有CYTOP在相對較低的溫度下分解并逐漸釋放純的氟氣，其與Li金屬或預鋰化的Si負極反應形成均勻且致密的LiF包覆層。 LiF包覆層在高度還原性環境中具有優異的化學穩定性，在電解液中具有極低的溶解度，機械性能強，使Li金屬和碳酸型電解液之間的腐蝕反應最小化，抑制了枝晶形成。因此，LiF保護的Li金屬負極在1mA / cm²和5mA / cm²的電流密度下，在300個循環中表現出無枝晶和穩定的循環。由于結晶和致密的LiF包覆層，Li_xSi NPs可在NMP中加工，具有2504 mAh / g的高容量。它們在潮濕空氣（~40％RH）中表現出優異的穩定性，1天后具有85.9％的容量保持率。在電池工作期間，由于惰性LiF包覆層的保護，電解液的分解得到了有效的抑制，從而使在長期循環期間LiF-Li_xSi NPs保持高的CE（從第三循環到第650循環的平均CE為99.92％）。這項成果以 “Surface Fluorination of Reactive Battery Anode Materials for Enhanced Stability” 為題，發表在J. Am. Chem. Soc.上。本文的第一作者是斯坦福大學趙婕博士，共同第一作者是斯坦福大學博士后廖磊。

文獻鏈接：Surface Fluorination of Reactive Battery Anode Materials for Enhanced Stability（J. Am. Chem. Soc.，2017，DOI: 10.1021/jacs.7b05251）

12.Nano Lett.：揭示氣體環境中活性電池材料的納米級鈍化和腐蝕機理

可再生能源生成和存儲先進材料的發展對可持續未來的發展十分重要，新的突破決定于對材料的深刻理解，使用X射線和電子顯微鏡/光譜對化學和電化學反應進行實時探測為研究者們提供了一種從未有過的在納米級研究電池、催化和納米晶體合成機理的方法。當材料具有高化學活性時對其研究會有更多的挑戰出現，比如鋰金屬在空氣下很容易失去光澤，會影響依賴環境的敏感材料的原位TEM觀察。要研究這些活性材料要求制備出沒有暴露在環境中的純相樣品，且在環境中化學和電化學反應可以連續觀察。本文中，研究者們通過鋰金屬在高真空TEM室內直接電沉積，隨后暴露在特定氣體中進行原位觀察證實了這一方法的重要作用。

最近，斯坦福大學崔屹教授在Nano Letter上發表題為“Revealing Nanoscale Passivation and Corrosion Mechanisms of?Reactive Battery Materials in Gas Environments.”的文章。文章說明了鋰金屬鈍化/腐蝕過程的細節并且證實了機理是如何指導鋰金屬電池工程的方案。

原文鏈接：Revealing Nanoscale Passivation and Corrosion Mechanisms of?Reactive Battery Materials in Gas Environments.(Nano Lett., 2017,?DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02630)

13.AEM：粘彈性隔膜助力波浪狀可拉伸鋰離子電池

來自斯坦福大學的崔屹教授(通訊作者)在著名期刊Advanced Energy Materials上發表題為” Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator”的文章。該文章報道了一種簡單的構造全波浪狀可拉伸鋰離子電池的方法(值得注意的是，鋰離子電池是宏觀上的波浪狀結構)。該電池的所有組成部分包括陰極、陽極、隔膜、集流體甚至是封裝材料都可以同時被拉伸，最終組裝得到的波浪狀可拉伸鋰離子電池展示了高能量密度和良好的循環穩定性。

文獻鏈接：Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled

Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator(Adv. Energy.Mater: 10.1002/aenm.201701076)

14.ACS Nano：原子層沉積穩定的LiAlF4鋰離子導電界面層用于穩定正極循環

來自美國斯坦福大學的崔屹教授（通訊作者）等人在ACS Nano上發文，題為 “Atomic Layer Deposition of Stable LiAlF₄ Lithium Ion Conductive Interfacial Layer for Stable Cathode Cycling” .研究人員通過采用原子層沉積技術制備了一種具有高穩定性和令人滿意的離子電導率的LiAlF₄固體薄膜，這種材料的性能優于通常使用的LiF和AlF₃。 LiAlF₄ 預測的穩定電化學窗口大約是在2.0 ± 0.9到5.7 ± 0.7 V vs Li⁺/Li。同時，Ni含量高的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ 電極和LiAlF₄界面層的復合材料在2.75?4.50 V vs Li⁺/Li這較寬電化學窗口下實現了極佳的穩定性。

文獻鏈接：Atomic Layer Deposition of Stable LiAlF₄ Lithium Ion Conductive Interfacial Layer for Stable Cathode Cycling (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b02561)

15.Nature Nanotechnology: 金屬鋰負極替代者——鋰合金/石墨烯負極！

斯坦福大學崔屹教授（通訊作者）團隊在Nature Nanotechnology上發表了題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。研究人員首先將制備的鋰合金（Li_xM）納米顆粒包覆于具有優異疏水性能、低氣體滲透性能的石墨烯（<10層）材料之中，隨后將鋰合金/石墨烯負極材料分別應用于以LiFePO₄、V₂O₅、S為正極材料的鋰電池中，并以鋰金屬負極、石墨烯負極做為參照實驗，高電流密度充放電使用情況下，測試了電池的電化學性能，并對負極材料進行了SEM、TEM、XPS、柔韌性和強度、疏水性表征。結果表明：鋰合金/石墨烯作為負極的電池，高電流密度下充放電循環400次后，電池依然能夠保持初始容量的98%，這主要是因為：（1）Li_xM合金材料能夠有效應對嵌鋰-脫鋰過程所帶來的體積膨脹變化；（2）包覆的石墨烯材料具有較好的疏水性能、較低的氣體滲透性能，提高了負極的穩定性（防止與空氣、水、電解液的反應）；（3）對鋰硫電池而言，包覆的石墨烯材料抑制了多硫化合物與負極的反應，降低了正極硫活性物質的損耗，得以保持電池的容量。

文獻鏈接： Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes（Nature Nanotechnology, 2017, doi:10.1038/nnano.2017.129）

16.JACS：通過析氧反應分辨電化學調諧LiCoO2的活性晶面

斯坦福大學崔屹團隊研究了利用電化學脫嵌所帶來的增強效果確定鈷酸鋰（LCO）材料不同位置析氧反應活性的不同。通過理論計算，表明鈷酸鋰表面的鋰析出是由于Co⁴⁺位點相較于Co³⁺位點數量增加。而析氧反應活性的改變可歸因于氧2p電子的轉移。在對于納米片狀LCO試驗檢測中，電化學脫嵌對在所暴露晶面中占絕大多數的（0001）面的析氧反應活性提升可忽略不計，但是在對主要暴露晶面邊緣的納米顆粒的檢測中，電化學脫嵌卻顯著提升了材料的析氧反應活性。除此之外，該團隊還應用電化學刻蝕方法在經電化學脫嵌的鈷酸鋰（De-LCO）上制造更多的活性位點，提高了材料的析氧反應活性，驗證了之前的理論。本文所介紹的文章于2017年4月18日發表在美國化學學會會志（JACS）上，通訊作者為斯坦福大學教授崔屹。

文獻鏈接：Identifying the active surfaces of electrochemically tuned LiCoO₂ for oxygen evolution reaction （J. Am. Chem. Soc.,2017,DOI：10.1021/jacs.7b02622）

17.PNAS: 一種將納米鋰金屬嵌入離子型導電固體基質中制備出的三維穩定的鋰金屬負極

來自斯坦福大學材料科學與工程系、斯坦福材料與能源科學研究所的崔屹教授在國際期刊PNAS上發表一篇題為“Three-dimensional stable lithium metal anode with nanoscale lithium islands embedded in ionically conductive solid matrix”的研究論文。研究人員用一種簡易的化學合成法將納米級鋰金屬嵌入導電固體基質中制備出三維穩定的傳導鋰離子的納米復合電極（LCNE），并用實驗證明了這種結構的電極很小的體積變化和大大減少的副反應，這種方法也成功解決了枝晶增大的問題，為設計鋰金屬負極開創了一種新的設計思路。

文獻鏈接：Three-dimensional stable lithium metal anode with nanoscale lithium islands embedded in ionically conductive solid matrix?(PNAS, 2017, DOI:10.1073/pnas.1619489114)。

18.Nature Energy：有序排列陶瓷納米線顯著增強復合聚合物電解質離子電導率

在含有聚合物和鋰鹽的固體聚合物電解質中，無機納米粒子通常用作填料以改善電化學性能，結構穩定性和機械強度。然而，這種復合聚合物電解質通常具有低離子導電性。北京時間2017年4月4日，斯坦福大學崔屹教授課題組在Nature Energy上發表一篇題為“Enhancing ionic conductivity in composite polymer electrolytes with well-aligned ceramic nanowires”的文章，報道了具有有序排列的無機Li ⁺導電納米線的復合聚合物電解質在30℃下表現出6.05×10^-5 S cm^-1的離子電導率，其比先前的隨機取向的聚合物電解質高一個數量級。納米線導電性增強歸因于快速的離子傳導路徑，而在有序排列的納米線的表面上沒有交叉接合。此外，通過使用納米線也可以改善聚合物電解質的長期結構穩定性。

文獻鏈接：Enhancing ionic conductivity in composite polymer electrolytes with well-aligned ceramic nanowires（Nature Energy, 2017，doi:10.1038/nenergy.2017.35）

19.JACS：橡皮泥的“固液”雜化機械性質可顯著提高下一代鋰金屬電池的穩定性

斯坦福崔屹教授研究組把橡皮泥作為金屬鋰負極的保護涂層，他們發現，橡皮泥的“固-液”雜化性質使得其可以作為金屬鋰負極的極好的自適應保護層：（1）在正常的充放電過程中，橡皮泥的“液體”性質使得其可以在金屬鋰變化緩慢流動。因此，不管金屬鋰的體積和形貌如何變化，橡皮泥都可以完美的覆蓋在鋰的表面上，起到保護作用。這時，橡皮泥涂層可以降低高活性的鋰與電解液的直接接觸，從而有效的減少副反應的發生。(2) 如果金屬鋰在表面某些地方產生鋰沉積的“熱點”，使得鋰枝晶“刺出”，其上涂覆的橡皮泥受到的剪切力就會變大，從而使得其機械強度增大，體現出“固體”的性質。（3）橡皮泥的“固體”和“液體”的性質可以隨著鋰枝晶的生長與消除而可逆變化，從而保證金屬鋰負極的正常穩定運行。

文獻鏈接：Lithium Metal Anodes with an Adaptive “Solid-Liquid” Interfacial Protective Layer?。

20.PNAS：鋰硫電池中多硫化物在金屬硫化物表面的催化氧化

斯坦福大學材料科學與工程系的崔屹教授、北京航天航空大學材料科學與工程系的張千帆副教授和新加坡材料研究工程所的Zhi Wei She聯合在PNAS上發表題為“Catalytic oxidation of Li₂S on the surface of metal sulfides for Li?S batteries”的文章，揭示了鋰硫（Li-S）電池中放電產物——Li₂S在金屬硫化物表面的催化氧化機理，并對一系列金屬硫化物做了深入的研究。通過結合密度泛函理論 (DFT) 模擬和實驗測試，研究人員發現金屬硫化物在作為主體材料時，其催化氧化/還原能力的大小對于鋰離子的運輸和多硫化物 (LiPSs) 的吸附至關重要。金屬硫化物固有的金屬電導性能和Li₂S/Li₂S_x之間強烈的相互作用，能夠降低能量勢壘，促進鋰離子的運輸，控制Li₂S的表面沉淀，加速表面介導的氧化還原過程，從而提高Li-S電池的整體性能。

文獻鏈接：Catalytic oxidation of Li2S on the surface of metal sulfides for Li?S batteries(PNAS, 2017, doi: 10.1073/pnas.1615837114)

21.Science：熱刺激響應的鋰離子電池防火隔膜

斯坦福大學崔屹研究組發展了一種新穎的方法。他們利用電紡絲技術，制備了一種“核-殼”結構的微米纖維，其中，防火劑磷酸三苯酯 (TPP) 位于纖維的內核，其被聚偏氟乙烯-六氟丙烯 (PVDF-HFP) 作為高分子外殼所包裹。這些纖維在電紡絲的過程中無序堆疊，最后得到一張自支撐的多孔膜。其中，纖維之間無序堆疊的空隙可以為鋰離子自由穿梭提供通道。在電池正常運行的情況下，防火劑被保護在PVDF-HFP的外殼里，這種高分子外殼能夠阻止防火劑與電解液的直接接觸，從而減小其對電化學性能的負面影響。一旦電池發生熱失控導致溫度升高，PVDF-HFP的保護外殼會部分熔化；被包裹的防火劑TPP就會釋放到電解液中起到抑制燃燒的作用，從而將火災隱患消滅于萌芽之中。以下是該工作的圖文導讀。

Science報道鏈接：http://www.sciencemag.org/news/2017/01/molecular-fire-extinguisher-could-prevent-batteries-exploding

文獻鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/3/1/e1601978

22.Science：LiCoO2充放電調節催化劑晶格應變增強ORR活性

北京時間2016年11月25日，斯坦福大學崔屹教授團隊利用鋰離子電池電極材料作為催化劑載體，通過廣泛可調的晶格常數來調節催化劑應變從而調整其對氧還原反應（ORR）的催化活性。鋰離子在充放電插入或者脫離電極的過程中，會導致電極材料的體積和晶格間距發生變化，導致3%的體積效應，可以實現精確控制，并且微小的應變便能有效調控Pt的活性，具有良好的普適性，但目前還處于基礎研究階段。若想真正實用，還需要繼續開發大規模制備催化劑和調控應力的方法。

文獻鏈接：Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials（Science，2016，DOI: 10.1126/ science.aaf7680）

23.Adv. Mater. ：黑磷改性隔膜用于限制鋰硫電池中的多硫化物

美國斯坦福大學崔屹教授（通訊作者）課題組在Advanced Materials上發文，題為“Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries”。 該課題組合成了黑磷改性隔膜用于限制鋰硫電池中的多硫化物。

該課題組提出了通過沉積固硫的黑磷（BP）納米片到商業化的聚丙烯隔膜Celgard上后得到一種新的Li-S電池功能性隔膜。研究人員展示了多硫化物和BP間是如何通過物理吸附和化學鍵相結合，發現其在循環中具有優越的容量保持率以及很好地限制多硫化物。同時研究者還通過原位和外原位表征的方法探究了多硫化物與黑磷之間的相互作用，并將其與石墨烯和其他極性聚合物之間進行了比較。

文獻鏈接：Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201602172）

24.Science：納米聚乙烯織物“智能”輻射降溫

斯坦福大學崔屹教授等在Science上報道了一種納米聚乙烯（nanoPE）材料，可作為夏天給人體降溫的紅外輻射散熱織物材料。皮膚是良好的紅外發射器，能確保紅外耗散的進行，設置一個合適的冷卻點，就能達到讓人體舒適的目的。一般材料中有較多基團的吸收如N-H、C-O等，其紅外光的透過率很低，然而PE（聚乙烯）的紅外吸收峰很窄，并且與人體輻射出的射線吸收峰相隔很遠，對紅外光的吸收較弱，因此能確保較大的紅外透過率，十分適合作為紅外輻射散熱織物材料。并且nanoPE有著直徑為50-1000nm的連接孔，孔的尺寸遠小于紅外波的長度，所以nanoPE有著較高的紅外透過率。但是nanoPE透水性和透氣性較差，于是將nanoPE表面改性為親水性后，連接孔就能確保空氣的透過性和排汗。將PDA（聚多巴胺）包覆在nanoPE上，可以確保nanoPE的“可穿”性能。需要指出的是，將nanoPE應用于衣物之中仍有很多的挑戰（如nanoPE織物的可洗次數等），想實現“涼爽的夏天”還需要科研工作者們繼續努力。

文獻鏈接：Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile （Science, 2016, DOI : 10.1126/science.aaf5471）

25.Nature：可見光下垂直取向MoS2納米薄膜用于水體快速消毒

崔屹課題組報道了一種新型的多層垂直取向的MoS₂在可見光下作為催化劑用于水體消毒。在可見光和太陽光源的激發下，多層垂直取向MoS₂具有比TiO₂更高的消毒凈化速率。在該催化反應體系中（存在其它競爭反應：例如析氫反應和氧氣的還原氧化反應），多層垂直取向的MoS₂不具有特異性催化性質，通過在MoS₂薄膜中沉積其它催化劑（Cu／Au）可以提高活性氧物種的產生量（Cu／Au的引入可以加速電子空穴對的分離效率），該多層垂直取向的MoS₂材料可以在20min或者60min內實現水體的消毒凈化（>99.999%）

文獻鏈接：Rapid water disinfection using vertically aligned MoS2 nanofilms and visible light（Nat. Nanotech.，2016，DOI:10.1038/nnano.2016.138）

26.Science Advances:納米錐狀的鈣鈦礦型BiVO4串聯電池的高效太陽光驅動水解

近日由中科院蘇州納米所張躍剛研究員以及崔屹教授合作領導的團隊在Science Advances上發表了基于納米錐基底上沉積具有多孔結構的Mo摻雜的BiVO₄(Mo：BiVO₄)光陽極材料，解決了由于其載流子擴散距離較短限制了BiVO₄薄膜的厚度而導致光吸收嚴重不足的問題。基于此制備了具有優異的光解水能力的納米錐基狀的Mo:BiVO₄/Fe(Ni)OOH光陽極材料。

BiVO₄由于其廉價、對光腐蝕的高穩定性，以及窄的帶隙（2.4eV）等特點，被廣泛地認為是一種具有應用前景的用于光電水解的光陽極材料。然而由于其較短的載流子擴散長度限制了BiVO₄膜的厚度，為了彌補短的載體擴散長度，已報道的BiVO₄基光陽極的厚度通常小于200 nm。薄的BiVO₄膜通常表現出高的透明度，使得大量的可見光可以透過，致使其太陽能轉化為氫氣的效率太低（<2%）。作者通過在納米錐基底上沉積納米孔結構的Mo摻雜的BiVO₄(Mo：BiVO₄)來解決這一問題，由于Mo：BiVO₄層具有更大的有效厚度，其電荷分離效率更高，光吸收能力更強；由于多光衍射Mo：BiVO₄納米錐結構促進其電荷分離效率以及光吸收能力進一步得到提高。基于上述過程，納米錐狀的Mo:BiVO₄/Fe(Ni)OOH光陽極材料在1-sun光照強度下表現出了高的水解光電流（5.82 ± 0.36 mA cm^?2 at 1.23 V vs. RHE）。

原文鏈接：Efficient solar-driven water splitting by nanocone BiVO₄-perovskite tandem cells

發表的綜述文章：

1.Nat.Nanotechnol.綜述：高能電池鋰金屬負極的崛起

本文主要概述了鋰負極的基本原理，總結最近在方法學，材料和表征技術方面的重要進展。主要目標是說明在這個領域正在發生的革命性突破，從而為鋰金屬化學的未來發展提供靈感。

文獻鏈接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries（Nat.Nanotechnol.,2017,DOI:10.1038/nnano.2017.16）

2.Nature Nanotechnology綜述：用于高能電池的金屬鋰負極的復興

斯坦福大學材料科學與工程系的崔屹教授在Nature Nanotechnology發表了題為“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”的綜述，首次系統總結了當前對于金屬鋰負極的理解，強調了近期在材料設計和先進表征方法上的重大進展，并且為金屬鋰負極未來的研究方向提供了參考。

文獻鏈接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries(Nat. Nanotechnol., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.16)

3.Adv. Mater. 綜述：具有柔性和可伸縮性儲能器件的最新進展和展望

最近前沿的報道對于柔性和可伸縮性儲能器件的設計組成、制備方法、電化學性能、機械性能很關注，尤其是鋰離子電池和超級電容器。鋰離子電池和超級電容器有著相同的組成成分，包括陰極、陽極、電解質/分隔器、集流體和包裝材料，其中所有的組分要求在保持一定優異性能的情況下兼容有變形的能力。現在的柔性鋰離子電池和超級電容器面臨三個問題：1）設計和制備柔性電極；2）在動態之中的電化學性能穩定性；3）實現高能量密度和高功率密度。因此，發現新穎的方法制備柔性和可伸縮性儲能是現在實際應用和工業生產上的一大挑戰。

鑒于此，斯坦福大學的崔屹教授等就從2010年起關于柔性電池和超級電容器的發展進行介紹，分為以下幾部分：電極，電解質，集成電池系統，鋰離子電池以外的其他電池。

文獻鏈接：Flexible and Stretchable Energy Storage: Recent Advances and Future Perspectives (Adv. Mater. , 2016,?DOI: 10.1002/adma.201603436)

4.Chem. Soc. Rev. 綜述：高能鋰硫電池的設計

斯坦福大學材料科學與工程系的崔屹教授和Sun Yongming博士、新加坡材料研究與工程研究所的Zhi Wei She和北京航天航空大學張千帆教授人聯合在Chem. Soc. Rev.上發文，一篇關于高能鋰硫電池設計的綜述橫空出世，題為“Designing high-energy lithium–sulfur batteries”。

這項工作的主要內容為：本文總結鋰硫電池領域的重大發展。首先是鋰-硫電池的電化學概述，面臨的技術挑戰和潛在的解決方案，以及一些理論計算結果以促進我們對其中所涉及的物質相互作用的理解。其次，本文研究了最廣泛使用的設計策略：將硫正極封裝在碳宿主材料中。同時對其他新興的宿主材料（例如聚合物和無機材料）進行了討論。然后本文對新型的電池構造進行了調查（包括硫化鋰正極和鋰硫陰極電解液的使用），以及最近在隔膜改進和鋰金屬負極保護法方面的努力。最后，文章對鋰-硫電池未來的發展方向和前景進行了總結和展望。

本文由材料人編輯部編輯，材料牛整理。

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