美國加州大學能源、催化領域教授簡介

加利福尼亞大學（University of California），簡稱加州大學，是位于美國加利福尼亞州的一個由10所公立大學組成的大學行政系統，是世界上最具影響力的公立大學系統，也是最大的大學聯邦體，被譽為“公立高等教育的典范”。

它們包括加州大學伯克利分校（UC Berkeley）、加州大學洛杉磯分校（UCLA）、加州大學圣地亞哥分校（UCSD）、加州大學舊金山分校（UCSF）、加州大學圣塔芭芭拉分校（UCSB）、加州大學爾灣分校（UCI）、加州大學戴維斯分校（UCD）、加州大學圣克魯茲分校（UCSC）、加州大學河濱分校（UCR）和加州大學默賽德分校（UCM）。?

加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley，UCB），坐落在美國舊金山灣區的伯克利市，是世界著名研究型大學和最頂尖公立大學，在學術界享有盛譽，2020年U.S. News世界大學排名第4位、世界大學學術排名第5位。

Peidong?Yang（楊培東）

【教育背景】

1999年，加州大學圣塔芭芭拉分校，博士后

1997年，哈佛大學，博士

1992年，中國科學技術大學，本科

【研究領域】

一維（1D）納米結構具有基本和技術意義。它們不僅表現出與低尺寸和量子限制效應相關的有趣的電子和光學性質，而且還代表了潛在的納米級器件應用中的關鍵組件。隨著這些一維納米結構尺寸的不斷減小，“自下而上”的化學方法比起“自上而下”的方法具有更小的特征，從而發揮了越來越大的作用。然而，要充分利用一維納米結構，仍然存在主要挑戰：即開發適當的化學策略以合理合成，組織和整合這些納米級結構單元。

Yang研究小組對新型材料和納米結構的合成感興趣，重點是開發新的合成方法，并了解結構組裝和生長的基本問題，這些問題將能夠合理地控制材料組成，微觀/納米結構，屬性和功能。我們對電子，光子和聲子限制以及一維納米結構中的自旋操縱的基本問題感興趣。

前幾年開發的化學和物理學對于未來幾年的小組研究至關重要。該小組未來的工作將主要集中在這些一維構建基塊的化學整合，自組織和物理性質研究上。將通過結合定義明確的異質結來增加一維納米結構的復雜性，并解決結構復雜性對特定功能（例如發光和能量轉換特性）的影響，這將是主要的工作。還將付出巨大的努力來開發有效的化學工藝，以將單個納米線組裝成所需的配置或系統架構。

【個人主頁】

http://nanowires.berkeley.edu/

【成果介紹】

由于鉛的毒性，尋找具有可比的光學和電子性質的無鉛鹵化物鈣鈦礦半導體材料引起了極大的興趣。 基于稀土的鹵化物鈣鈦礦代表了一種有前途的材料。 在這項工作中，我們演示了以15nm為中心的均勻尺寸分布的單晶CsEuCl₃納米晶體的溶液相合成。 CsEuCl₃納米晶體具有以435 nm為中心的光致發光發射，半峰全寬為19 nm。 此外，CsEuCl₃納米晶體可以嵌入聚合物基質中，該聚合物基質在連續激光照射下具有增強的穩定性。 無鉛稀土鹵化銫銫鈣鈦礦納米晶體是替代鹵化鈣鈦礦鉛的有前途的候選者。

?“Lead-free Cesium Europium Halide Perovskite Nanocrystals”, Jianmei Huang, Teng Lei, Martin Siron, Ye Zhang, Sunmoon Yu, Fabian Seeler, Ahmad Dehestani, Li Na Quan, Kerstin Schierle-Arndt, Peidong Yang. Nano Letters, 20, 3734-3739 (2020). DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00692.

加州大學洛杉磯分校（University of California, Los Angeles），簡稱UCLA，位于美國洛杉磯市，是世界著名的公立研究型大學。2019-2020年度，UCLA位列世界大學學術排名第11,?U.S. News世界大學排名第14，QS世界大學排名第35。

Yunfeng Lu（盧云峰）

【教育背景】

1999年，美國桑迪亞國家實驗室，博士后

1998年，美國新墨西哥州立大學，博士

1994年，中科院長春應化所碩士

1991年，吉林大學化學系本科

【研究領域】

盧云峰教授廣泛從事超級電容器，鋰離子電池，鋰金屬電池，液流電池，中溫燃料電池和甲烷轉化的工作。同時我們專注于蛋白質和核酸的傳遞，以用于急性中毒，代謝性疾病，病毒感染和癌癥的治療。最近，我們還開發了具有高效率和生物相容性的CNS（中樞神經系統）遞送技術。 這種方法為我們提供了應對中樞神經系統疾病和損傷，腦瘤和神經退行性疾病的新機會。現已發表高水平論文240余篇，引用超過25000次，H因子72，在Nature、Science、Nature Nanotechnology、Nature Communications、JACS、Angew、AM等具有頂級期刊上有論文發表，并獲授權多項美國和國際專利。

【個人主頁】

http://www.seas.ucla.edu/~lu/

【成果介紹】

三維（3D）石墨烯材料在儲能方面很有吸引力，但是它們大多數具有無序的微觀結構，并且強度較弱。在這里，受植物的啟發，在流化床反應器中通過化學氣相沉積（CVD）方法設計和制備了由垂直排列的多孔石墨烯納米片和互連的納米籠（表示為PHG）組成的分層結構的3D石墨烯納米結構。與面內石墨烯相比，PHG的分層孔促進了電解質的滲透和離子的運輸，并提高了電荷存儲能力。石墨烯納米結構的集成導電網絡加快了電子的傳輸，并且納米籠單元之間的原位形成的連接對于持久的電化學性能而言是堅固的。當用作鋰離子電池的負極材料時，PHG在0.1 A g^-1時具有1560 mAh g^-1的可逆容量，更重要的是，高倍率容量（在4 A g^-1時具有160 mAh g^-1），循環性能穩定。此外，對于鋰硫電池，此分層結構的3D石墨烯可以更高的質量負載量加載硫，這樣可以提供較高的比容量（0.1 C時為1640 mAh g^-1），并保持穩定的性能。考慮到結構特性，制備的3D石墨烯將在能量存儲中具有廣泛的應用。

Xiao Zhu, Junwei Ye, Yunfeng Lu, and Xilai Jia, 3D Graphene Nanostructure Composed of Porous Carbon Sheets and Interconnected Nanocages for High-Performance Lithium-Ion Battery Anodes and Lithium-Sulfur Batteries, ACS?sustainable chemistry & engineering, 2019 (7) 11241-11249

加利福尼亞大學圣迭戈分校（University of California, San Diego，簡稱UCSD），是設立在美國加州圣迭戈市的一所世界頂尖研究型大學，在多家主流大學排名中長年穩居世界前20，隸屬于著名的加州大學系統，是環太平洋大學聯盟、國際公立大學論壇以及北美頂尖大學聯盟美國大學協會的成員，被譽為公立常春藤名校。

Shirley Meng（孟穎）

【教育背景】

2007-2008年，MIT，助理研究員

2005年，新加坡-MIT聯盟，微納米系統先進材料博士

【研究領域】

1、結合第一原理計算和實驗預篩選和設計新的高能大功率電極材料

2、采用電子能量損失光譜(a-STEM/EELS)校正掃描透射電子顯微鏡研究鋰和鈉插層化合物的離子輸運、相變和表面/界面穩定性

3、發展了先進的電極材料的中子基表征技術，包括對高壓陰極材料中氧演變的原位測量。

4、利用聚焦離子束(FIB)/掃描電鏡(SEM)和電化學過程中固態/固態電極電解液界面的原位偏壓和監測技術研制了納米電池。

【個人主頁】

http://smeng.ucsd.edu/faculty/

【成果介紹】

充放電之間的大電壓遲滯導致明顯的能量損失，這阻礙了高能量Li-O₂電池的實際應用。氫氧硫電化學技術提供了一種新的鋰離子/鋰氧混合電池，其中鋰離子和氧負離子可逆地存儲在MoS₂結構中。Li₂MoO₂S₂化合物形成為主要放電產物，以前在文獻中從未觀察到。通過拉曼光譜，X射線光電子能譜，X射線吸收光譜，差示電化學質譜和紫外可見光譜等手段探討了Li₂MoO₂S₂的反應機理和結構。結果表明，MoS₂在放電過程中被氧化，在充電過程中被還原。碘中間體在觸發電池中電化學和化學反應的順序中起著重要的作用。Li₂MoO₂S₂與Li₂MoO₄是同構的，而不是采用其他已知的氧硫化鉬結構。

X.?Wang, Y. Li, X. Bi, L. Ma, T. Wu, M. Sina, S. Wang, M. Zhang, J. Alvarado, B. Lu, A. Banerjee, K. Amine, J. Lu, and Y. S. Meng “Hybrid Li-Ion and Li-O₂Battery Enabled by Oxyhalogen-Sulfur Electrochemistry”, Joule. 2018, 2, 11, 2381

Shyue Ping Ong

【教育背景】

2011年，MIT，材料科學與工程博士

【研究領域】

Ong博士于2011年獲得麻省理工學院（MIT）材料科學與工程博士學位。他隨后被任命為MIT的高級研究助理。 Ong博士的研究和教學愿景是成為引領數據驅動材料設計未來的領導者。在博士期間，王博士是研究團隊的成員，該團隊開發了材料設計的高通量（HT）計算框架，從而發現了幾種新穎的鋰離子電池正極材料。 2011年10月，該框架被拆分為材料項目（www.materialsproject.org），這是一個開放的科學項目，旨在使研究人員可以公開獲得所有已知無機材料的計算屬性，以加速材料創新。該項目現已成為“材料基因組計劃”的基礎，并在全球范圍內引起了廣泛關注。Ong博士的研究與材料科學和信息科學的學科相交，將開發新的材料信息學方法，以創建和分析豐富的材料數據并將其應用于新能源材料的設計。他將講授課程，以培訓新的從業人員掌握最新的計算材料科學和信息學方法。Ong博士還將繼續致力于材料項目，以促進對材料信息訪問和分析代碼的開放訪問。

【個人主頁】

http://mae.ucsd.edu/matsci/professors/1066

【成果介紹】

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固態電解質界面膜（SEI）在穩定可充電電池的鋰金屬負極方面起著至關重要的作用。然而，在現有技術的電解質中，形成穩定的SEI膜具有挑戰性。在此，我們報告了一種用于雙鹽LiFSI-LiTFSI醚電解質的長效雙功能添加劑（九氟-1-丁磺酸鉀或KPBS）。我們的工作表明，來自鉀離子和具有適中LUMO水平的富含F的PBS-陰離子的靜電屏蔽作用共同促進了Li沉積/剝離過程中富LiF的SEI的形成，有效地抑制了鋰枝晶的生長和電解質的消耗。所設計的電解質具有小的成核超電勢，高度可逆的鋰鍍覆/剝離以及出色的循環穩定性。特別是，使用這種電解質，Li-Cu電池可以在1 mA h cm^-2下以1 mA cm^-2的400個循環維持穩定的循環，庫侖效率（CE）為99.1％。在相對稀薄的電解質條件下（7.5 μL mAh^-1），有限的Li供給（N/P = 1.2）和高面容量（4.1 mAh?cm^-2）下，Li–LiFePO₄全電池在100個循環后顯示出較好的循環穩定性，庫倫效率達到99.6%。

加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校，又稱加州大學圣巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara；UCSB），屬于加利福尼亞大學系統，是美國頂尖的以研究科學為主，且學術聲望非常高的研究性公立大學，被譽為公立常春藤之一。加州大學圣塔芭芭拉分校位列2020?U.S. News美國最佳大學排名第34名，2020?U.S. News世界大學排名第41名。

Anton Van der Ven

【教育背景】

麻省理工學院材料學博士

比利時魯汶卡特利克大學冶金與應用材料科學學院

【研究領域】

1、合金設計和高溫結構材料，航空航天應用的Ni，Co和Ti基超級合金和汽車應用的Mg基輕合金的第一性原理熱力學和動力學描述。

2、電池材料：插層正極和固體電解質。對電化學能量存儲應用中使用的電活性材料的熱力學，動力學和機械性能的基礎研究和應用研究。

3、電池材料：電壓滯后和極化研究

4、有機無機雜化鈣鈦礦

【個人主頁】

https://labs.materials.ucsb.edu/vanderven/anton/members

【成果介紹】

?O的 K邊緣的共振非彈性X射線散射（RIXS）被認為是識別大量氧化氧形成的主要技術，但其基本解釋并不簡單。在這項研究中，我們有意在光束暴露于LiAlO₂多晶型物中后，誘導出氧化氧的RIXS信號，由于其寬帶隙，這些多晶型很容易區分。 在仔細考慮電子束曝光對Li [Li_0.144Ni_0.136Mn_0.544Co_0.136] O₂（LR-NMC）的影響后，我們得出結論，氧化的氧特征在高電荷狀態下是固有的，并且在強烈的電子束曝光后會丟失。 從我們的X射線輻照研究中提取的LiAlO₂（誘導）和LR-NMC（固有）的氧化氧線形被發現具有在O₂氣體研究中未發現的其他氧化氧RIXS功能。 這項研究強調了O K-edge RIXS在確定氧化態的性質和穩定性方面的獨特見解。

Leben-Higgins, Z. W., J. Vinckeviciute, J. P. Wu, N. V. Faenza, Y. Z. Li, S. Sallis, N. Pereira, Y. S. Meng, G. G. Amatucci, V. Van der Ven et al. "Distinction between Intrinsic and X-ray-Induced Oxidized Oxygen States in Li-Rich 3d Layered Oxides and LiAlO₂." Journal of Physical Chemistry C 123, no. 21 (2019).

Robert M. McMeeking

【教育背景】

布朗大學，固體力學博士

布朗大學，固體力學碩士

格拉斯哥大學，機械工程學士

【研究領域】

材料力學方面的研究正在進行中，它利用理論和計算方法來了解工程材料的結構和功能性能。 最近的重點是鋰離子電池，生物電池力學，對陶瓷的彈道沖擊，微觀結構演變，鐵電系統，利用由陶瓷和陶瓷復合材料組成的高溫材料，致動和形狀變形結構，保護結構免受高強度沖擊波影響 以及附帶的彈片和用于燃氣輪機葉片的隔熱涂層。

【個人主頁】

https://www.tfel-ucsb.com/

加利福尼亞大學爾灣分校（University of California, Irvine，UCI），又譯為加州大學歐文分校，創建于1965年，屬于加利福尼亞大學系統（University of California）綜合實力最為強勁的分校之一，世界著名高等學府和世界頂尖研究型大學。加州大學爾灣分校位于南加州，洛杉磯東南約50英里的橙縣（Orange County）爾灣市（Irvine），曾培養出7位諾貝爾獎得主、7位普利策獎得主。

Xiaoqing?Pan（潘曉晴）

【教育背景】

馬普所，博士后

德國薩爾大學，博士

南京大學，碩士

南京大學，學士

【研究領域】

Pan的鋰電池研究專注于電池電極材料動力學的研究。這些電極必須吸收和/或嵌入大量鋰到其晶格中，而不會顯著改變其體積或晶體結構。了解鋰離子在這些材料中的擴散途徑以及單個電極粒子的鋰化和非鋰化域之間邊界的演變也很重要。 Pan Group可以使用的最先進的透射電子顯微鏡和光譜學設備可以研究這些現象。 獨特的原位設備同樣可以在充電和放電期間觀察電極材料。

【個人主頁】

https://www.physics.uci.edu/pangroup/

【成果介紹】

對于設計用于析氫反應（HER）的高效電催化劑，尚不清楚選擇非貴金屬作為單原子催化劑（SAC）的過渡金屬。此處，報道了與催化劑，電子結構的活性相關性，目的是通過結合密度泛函理論計算和電化學測量來闡明一系列負載在氮摻雜石墨烯上的過渡金屬作為HER的SAC的反應性起源。作為SAC的過渡金屬（例如Co，Cr，Fe，Rh和V）中只有極少數對HER表現出良好的催化活性，因為它們的吉布斯自由能在–0.20至0.30 eV的范圍內變化，但其中Co-SAC在0.13 eV時具有最高的電化學活性。電子結構研究表明，活性價dz2軌道的能態及其產生的反鍵態決定了HER的催化活性。在Co-SAC情況下，反鍵態軌道既不會完全為空也不會完全填充，這是其理想的氫吸附能的主要原因。此外，電化學測量表明，Co-SAC的析氫活性優于Ni-SAC和W-SAC，這證明了理論計算的正確性。這項系統的研究對HER的高效SAC的設計提供了基本的了解。

Hossain, M. D., Liu, Z., Zhuang, M., Yan, X., Xu, G. L., Gadre, C. A., Tyagi, A., Abidi, I. H., Sun, C. J., Wong, H., Guda, A., Hao, Y., Pan, X., Amine, K., Luo, Z., Rational Design of Graphene-Supported Single Atom Catalysts for Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Energy Materials 2019, 0 (0), 1803689. https://doi.org/10.1002/aenm.201803689

加利福尼亞大學圣克魯茲分校（University of California, Santa Cruz，簡稱UCSC）隸屬全球公立大學的典范——加州大學系統。UCSC作為該系統十個校區之一，現已發展為世界著名的頂尖研究型大學。加州大學圣克魯茲分校位于舊金山南部75英里處，坐落在海濱社區圣克魯茲的邊緣，距離硅谷只有30多分鐘的車程。UCSC同時位列2020U.S. News世界大學排名第76，2019軟科世界大學學術排名第101-150位，2020THE世界大學排名第179。

Yat?Li（李軼）

【教育背景】

馬普所，博士后

德國薩爾大學，博士

南京大學，碩士

南京大學，學士

【研究領域】

1、雙電層電容器，分層多孔碳結構，導電性好，重量輕且表面積大

2、能量轉換。PEC水分解的低維納米結構，微生物燃料電池中的微生物-半導體界面

3、用于水分解的電催化劑。水的電解是產生氫氣的最有效，最環保的方法之一，氫氣是一種具有超高重量能量密度的化學燃料。 陰極和陽極都需要高效，低成本和穩定的催化劑，以減少氫釋放反應（HER）和氧釋放反應（OER）的活化能壘。 HER和OER都是多電子轉移過程，在該過程中，多步基本反應會形成明顯的能壘。 因此，降低HER / OER過電位是高效水分解的關鍵。我們尋求開發廉價，有效和堅固的水分解用電催化劑。

【個人主頁】

http://li.chemistry.ucsc.edu/sample-page/catalysis

【成果介紹】

偽電容電極在快速充電速率下的性能通常受到法拉第反應的慢動力學和整體結構中緩慢的離子擴散的限制。對于厚電極和高載有活性材料的電極而言，這尤其成問題。在這里，提出了一種表面功能化的3D打印石墨烯氣凝膠（SF-3D GA），它不僅在100 mA cm^-2的高電流密度下達到2195 mF cm^-2的基準面電容，而且還具有超高的固有電容即使在12.8 mg cm^-2的高質量負載下，也可以達到309.1 μF cm^-2的最大電阻。重要的是，動力學分析表明，SF-3D GA電極的電容主要（93.3％）來自快速動力學過程。這是因為3D打印電極具有開放結構，即使在高電流密度和大質量負載/電極厚度的情況下，也可以確保碳表面上官能團的極佳覆蓋并促進這些表面官能團的離子可及性。以SF-3D GA為陽極，以MnO₂為陰極的3D打印GA組成的不對稱器件在164.5 mW cm^-2的超高功率密度下實現了0.65 mWh cm^-2的顯著能量密度，性能優于運行的碳基超級電容器在相同的功率密度下。

Yao B., Chandrasekaran S., Zhang H., Ma A., Kang J., Zhang L., Lu X.H., Qian F., Zhu C., Duoss E., Spadaccini C., Worsley M.* and Li Y.* 3D Printed Structure Boosts the Kinetics and Intrinsic Capacitance of Pseudocapacitive Graphene Aerogels, Adv. Mater., 1906652 (2020)

本文由zhuangzl供稿。

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