名師出高徒！來看看崔屹團隊走出來的麻省理工科技青年英雄榜！
少年強，則國強！2017年至今，《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創新35人”（Innovators Under 35）榜單每年都會引起社會關注，至此已成功舉辦三屆。2020年12月10-11日，新一輪的中國區榜單在浙江紹興發布，評選了35位近年來中國最具創新力的青年科學家。
美國斯坦福大學崔屹教授課題組是全球范圍內能源、納米材料領域最具影響力的團隊之一，從中也走出了許多杰出的青年學者，并入選全球英雄榜和中國區英雄榜，包括伍暉（清華大學副教授）、朱嘉（南京大學教授）、孫永明（華中科技大學教授）、陸盈盈（浙江大學研究員）、劉凱（清華大學助理教授、特別研究員）、金陽（鄭州大學副教授）等。本期，編輯做了整理，重點關注目前在國內高校工作的青年英才，并對其近期研究工作進行了匯總整理。
1. 伍暉 清華大學副教授
伍暉，1983年1月出生，博士，清華大學材料學院副教授。主要從事功能無機納米材料和新能源材料的制備和應用研究。2004年7月畢業于清華大學化學工程系高分子專業，2009年7月獲清華大學工學博士學位，2009年7月起在美國斯坦福大學材料系從事博士后研究。2013年5月進入清華大學材料學院工作，任職副教授。從事能源存儲材料、一維納米結構無機功能材料的合成、組裝及其結構-功能一體化的研究。以第一作者或通訊作者身份在 Nature Energy, Nature Chemistry, Nature Nanotechnology, Nature Communications 等學術期刊發表論文100余篇，發表論文被引用超過15000次，H 因子43。所發表論文有 13 篇被計入ISI高引用論文（ISI highly cited papers)。獲得麻省理工科技評論( MIT-Technology Review)評選的2014年度35位35歲以下青年創新人物（35 Innovators Under 35, or TR35），入選中組部第五批“青年千人計劃”、清華大學“基礎研究青年骨干人才計劃”，獲得全國百篇優秀博士學位論文、北京市科技進步三等獎（排名第 2）、中國硅酸鹽學會優秀青年科學家提名獎、清華大學學術新秀、清華大學優秀博士畢業生。2015年開始承擔科技部青年973計劃“柔性儲能材料中的關鍵科學問題”和基金委優青項目。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 二氧化硅-氧化鋁復合陶瓷海綿
作為絕熱體、能量吸收器、催化劑載體和高溫空氣過濾器，迫切需要具有溫度不變的高壓縮性的先進陶瓷海綿材料。然而，由于制備工藝復雜，陶瓷海綿材料的應用受到嚴重限制。在這里，清華大學伍暉副教授和北京大學韋小丁特聘研究員合作，提出了一個簡單的吹紡和煅燒的方法，來大規模制造高壓縮性、耐高溫的二氧化硅-氧化鋁復合陶瓷海綿。實驗成功地制備了各向異性層狀陶瓷海綿，具有大量堆疊的微纖維層，密度低至10mg cm-3。各向異性層狀陶瓷海綿表現出高抗壓縮疲勞性、零泊松比、堅固的耐火性、從196℃到1000℃的溫度非相關壓縮彈性，以及熱導率低至0.034 W m-1?K-1的優異絕熱性能。此外，層狀結構還賦予了陶瓷海綿優異的吸聲性能，代表了現有隔熱和吸聲材料的一種有前途的替代物。
圖1?二氧化硅-氧化鋁復合陶瓷海綿的制備。
參考文獻：Highly compressible and anisotropic lamellar?ceramic sponges with superior thermal insulation?and acoustic absorption performances
https://www.nature.com/articles/s41467-020-17533-6
（2）Nat. Sustain.: 使用固體電解質從低純度來源獲得的高純度電解鋰
鑒于鋰在各種工業應用中的廣泛使用，鋰是社會經濟系統可持續發展的重要資源。鋰金屬的工業生產依賴于由高純度氯化鋰和氯化鉀組成的混合物的電解。然而，氯化鋰的提純昂貴且不可持續，需要大量的能量和使用有毒的化學試劑，因此高效且可持續地生產高純度鋰是一個挑戰。斯坦福大學崔屹教授和清華大學伍暉副教授報道了一種用固態電解質由低純度氯化鋰生產高純度電解鋰的新方法。利用固體電解質的高鋰離子選擇性，通過電解低純度氯化鋰直接獲得高純度的金屬鋰。與傳統方法相比，我們的新方法提供了兩個重要的優點:(1)從低品質鹽水中，使用低純度氯化鋰降低了生產高純度鋰的成本，并且更簡單的純化過程減少了能量和化學試劑的使用；(2)電解過程的操作溫度從400℃降低到240℃，減少了能量額外的使用。
圖2?傳統電解裝置與新型電解裝置的比較。
參考文獻：High-purity electrolytic lithium obtained from low-purity sources using solid electrolyte
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0485-x
2. 朱嘉 南京大學教授
朱嘉，南京大學教授，博士生導師，國家杰出青年基金獲得者，長期從事基于微納結構的光熱調控領域的研究。研究方向包括：1）納米光子學；2）低維熱傳輸；3）界面光熱材料； 4）輻射制冷。英國皇家化學學會會士，擔任Nanophotonics責任編輯與Advanced Photonics的編委。曾獲科學探索獎（2020）、陳嘉庚青年科學家獎（2018）、美國光學學會青年科學家獎(2017)、江蘇省五四青年獎章（2017）、杜邦青年教授獎(2016)、饒毓泰基礎光學獎優秀獎（2016）、麻省理工技術評論全球青年創新人物獎(2016)等。
近期代表性成果：
（1）Nat. Nanotechnol.：可擴展和分層設計的聚合物薄膜作為選擇性熱發射器
傳統的冷卻系統消耗大量的能量，因此加劇了溫室效應。被動輻射冷卻，通過常壓透明窗口(8-13μm)將物體的熱量散發到外層空間而不消耗任何能量，已經吸引了很多注意力。輻射冷卻的獨特之處在于常壓透明窗口的高發射率，熱量可以通過該窗口散發到外界環境中。因此，為了實現高冷卻性能，選擇性發射器的設計和制造至關重要，其中發射在透明窗口中占主導地位，因為這種光譜選擇抑制了來自周圍熱輻射的寄生吸收。最近，已經研究了具有定制光譜響應的各種材料和結構，以實現白天輻射冷卻的效果。然而，大多數報道的輻射冷卻材料具有覆蓋整個中紅外波長的寬帶吸收/發射。在此，南京大學朱嘉教授和朱斌助理研究員展示了一種分級設計的聚合物納米纖維薄膜，通過可擴展的靜電紡絲工藝生產，能夠實現選擇性中紅外發射，有效的陽光反射，因此具有出色的全天輻射冷卻性能。具體來說，C-O-C(1260-1110 cm-1)和C-OH(1239–1030cm-1)結合在8–13μm波長范圍內賦予了78%的選擇性發射率，而直徑可控的納米纖維設計在0.3–2.5μm波長范圍內允許96.3%的高反射率。因此，實驗觀察到這種選擇性熱發射器與非選擇性熱發射器相比，在夜間有約3℃的冷卻改善，在陽光下有5℃的亞環境冷卻。憑借其出色的冷卻性能和可擴展的工藝，這種分層設計的選擇性熱發射器，為全天輻射冷卻材料的大規模應用開辟了一條新的途徑。
圖3?選擇性熱發射器的理論分析和制作工藝。
參考文獻：Scalable and hierarchically designed polymer film as a selective thermal emitter for high-performance all-day radiative cooling
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00800-4
（2）Nature：穩定、高性能鈉基等離子體近紅外器件
等離子體激元能夠操控超過光學衍射極限的光，因此可能在光子器件、光學隱形、生化傳感和超分辨率成像等應用中帶來優勢。然而，等離子體激元器件的基本場限制能力總是伴隨著寄生歐姆損耗，這嚴重降低了它們的性能。因此，比貴金屬損耗低的等離子體材料(電子集體振蕩的材料)早就被發現。在這里，南京大學朱嘉教授、祝世寧、周林，北京大學馬仁敏展示了穩定的鈉基等離子體激元器件，在近紅外波長下具有最先進的性能。作者使用熱輔助旋涂工藝制作了電子弛豫時間長達0.42皮秒的高質量鈉薄膜。直接波導實驗表明，鈉-石英界面支撐的表面等離子體激元在近紅外波長下的傳播長度可達200 μm。進一步展示了室溫鈉基等離子體納米激光器，其激光閾值為每平方厘米140千瓦，低于之前報道的近紅外波長等離子體納米激光器的值。這些鈉基等離子體激元器件在用環氧樹脂封裝后的幾個月內，在環境條件下表現出穩定的性能。這些結果表明，與使用貴金屬的器件相比，等離子體激元器件的性能可以得到極大的改善，這對等離子體激元、納米光子學和超材料的應用具有重要意義。
圖4 通過熱輔助旋涂工藝制備的鈉膜。
參考文獻：Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near?infrared
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9
3. 孫永明 華中科技大學教授
孫永明，博士，華中科技大學武漢光電國家研究中心教授、博士生導師，入選國家高層次青年人才項目，《麻省理工學院科技評論》“TR35 全球科技創新領軍人物”（35 Innovators Under 35）中國區榜單。2002年9月至2009年6月，在中國地質大學（武漢）獲得本科和碩士學位; 2009年9月至2012年6月，在華中科技大學獲得博士學位; 2013年8月至2017年8月，在美國斯坦福大學從事博士后研究。
孫永明教授長期從事新型儲能材料與技術等方向的科學研究，在相關領域取得了一系列突出成果，迄今為止，在Science, Nature Energy, Nature Nanotechnology等知名國際期刊發表論文50余篇。其中發表第一作者或通訊作者論文20+篇。所發第一作者或通訊作者論文7篇入選ESI高被引論文，1篇入選ESI熱點論文，1篇入選ESI研究前沿論文。此外，申請美國專利4項，已公開2項。據google scholar, 所發論文引用超過7200次，H因子為38。
近期代表性成果：
（1）Adv. Mater.: 200 ℃以上循環的鋰金屬負極電池
鋰金屬電極由于其低熔點(180.5℃)和高反應性而不能承受常規電池配置的高溫(例如，> 200℃)，這限制了其在高溫鋰金屬電池中的應用，并引起常規室溫鋰金屬電池的安全問題。本文報道了一種Li5B4/鋰復合材料，其特征在于3D Li5B4原纖維骨架填充有金屬鋰，其在氬氣氛中在325℃保持其初始結構而沒有液態鋰的泄漏。Li4B5原纖維骨架的多孔結構，及其親鋰表面所產生的毛細作用力，限制了液態金屬鋰的泄漏，并使Li5B4/鋰復合材料具有良好的耐熱性。因此，可以方便地操作可充電高溫鋰金屬電池。Li5B4/鋰電極與石榴石型陶瓷電解質(Li6.5La3Zr0.5Ta1.5O12)耦合以制造對稱電池，該電池在200℃下表現出穩定的鋰剝離/電鍍行為，具有~6 mV的低過電位。本工作為實現高溫鋰金屬電池的穩定鋰金屬負極提供了新的見解，其具有簡單的電池結構和高安全性。
圖5?Li5B4/鋰||Li5B4/鋰對稱電池(含LLZTO固態電解質片)制備示意圖。
參考文獻：Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near?infrared
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9
（2）Nat. Commun.: 超高倍率電池負極用互穿鋰金屬/鋰錫合金箔
為了實現高能量密度電池鋰金屬負極的良好倍率性能，一個基本的挑戰是界面處鋰的緩慢擴散。在此，華中科技大學孫永明教授和斯坦福大學崔屹教授合作，報道了一種相互滲透的三維鋰金屬/鋰錫合金納米復合箔，通過簡單的鋰和錫箔壓延和折疊過程，以及自發的合金化反應實現。作為混合電子和離子導電網絡，金屬鋰和鋰錫合金之間的強親和力，以及它們豐富的界面使得電荷能夠超快擴散到整個電極。研究證明，鋰/鋰錫合金箔電極在30 mA cm-2和5 mAh cm-2下保持穩定的鋰剝離/電鍍，在商用碳酸酯電解質中200次循環的超電勢非常低，為20 mV。在6 C (6.6 mA cm-2)下循環，1 mAh cm-2?LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2電極通過與這種負極配對保持其容量的74%。
圖6 Li/Li22Sn5納米復合箔的制備示意圖。
參考文獻：Mechanical rolling formation of interpenetrated?lithium metal/lithium tin alloy foil for ultrahigh-rate?battery anode
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14550-3
4. 陸盈盈 浙江大學研究員
陸盈盈，浙江大學化學工程與生物工程學院研究員，主要從事鋰電池等能源材料的研究，2015年第十一批國家“青年千人計劃”獲得者，2015年美國康奈爾大學Austin Hooey Award獲得者。自2012年以來發表學術論文20篇，以第一作者在Nat. Mater., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater.等雜志發表論文8篇。獲得美國專利1項，申請美國專利1項。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 在全固態反應器中電化學還原二氧化碳為高濃度純甲酸溶液
電化學二氧化碳還原反應轉化為液體燃料目前面臨的挑戰是產品濃度低，以及它們與傳統液體電解質(如碳酸鉀溶液)的混合。在這里，萊斯大學汪淏田教授、浙江大學陸盈盈研究員報告了一個全固態電化學CO2還原反應系統，用于連續產生高純度和高濃度的甲酸蒸汽和溶液。陰極和陽極由多孔固體電解質層隔開，在該層中，電化學產生的甲酸鹽和質子重新結合形成分子甲酸。生成的甲酸可以通過流經多孔固體電解質層的惰性氣體流，以蒸汽的形式被有效去除。結合高活性、選擇性和穩定性晶界富集鉍催化劑，研究證明可實現超高濃度的純甲酸溶液(高達近100 wt%)通過靈活調節載氣流從產生的蒸汽中冷凝。
圖7?全固態電化學CO2還原反應器示意圖及性能比較。
參考文獻：Electrochemical CO2?reduction to high-concentration pure formic acid solutions?in an all-solid-state reactor
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202004853
（2）Angew. Chem. Int. Edit.: 協同雙添加劑電解質實現實用鋰金屬電池
一個可充電的鋰金屬負極與一個高電壓正極相結合，是一種實現高能量密度電池的有效途徑。浙江大學陸盈盈研究員課題組報道了一種先進的雙添加劑電解質，它含有獨特的溶劑化結構，包括在碳酸酯類電解質中的三(五氟苯基)硼烷添加劑和硝酸鋰。該系統產生堅固的外部Li2O固體電解質界面和含氟、硼的共形正極電解質界面。由此產生的穩定的離子傳輸動力學使得Li/LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2在高挑戰性條件下(電池水平為295.1 Wh kg-1) 循環140次，保留80%的容量。對于4.6V LiCoO2(160次循環，容量保持率89.8%)正極和4.95V LiNi0.5Mn1.5O4正極，該電解質還表現出高循環穩定性。
圖8 雙添加劑電解質的制備及表征。
參考文獻：Synergistic Dual‐Additive Electrolyte Enables Practical Lithium‐Metal Batteries
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202004853
5. 劉凱 清華大學助理教授
劉凱，清華大學化工系教研系列助理教授，特別研究員，博士生導師。研究方向為新能源高分子儲能材料和電池安全材料研究。以第一作者或者通訊作者身份在國際知名學術期刊（如Science Advances，JACS， Joule， Angew ?Chem，Adv Mater等）發表論文 16篇，其中三篇論文為ESI高被引論文。研究成果多次被Science，Nature Materials，NPG Asia Materials等學術刊物撰專文Highlight和報道，同時也被CNN，BBC和科技日報等媒介報道。總被引近6000次，h指數為41。曾入選海外高層次人才引進計劃，獲《麻省理工科技評論》 “35歲以下科技創新35人”(TR35)中國榜單，瑞士Dinitris N. Chorafas青年研究獎（全球每年遴選30人）、清華大學學術新秀等多項獎勵。
近期代表性成果：
（1）ACS Cent. Sci.: 水性無機聚合物粘合劑
因其高能量密度、低成本和環境友好性，鋰硫電池被認為是便攜式電子設備和電動車輛的有前途的下一代高能量密度存儲裝置。然而，由于硫的離子絕緣性質和多硫化物在電解質中的溶解，以及隨后的副反應導致硫利用率低和循環壽命差，仍然存在一些問題有待充分解決。硫的高可燃性是另一個嚴重的安全問題，阻礙了它的進一步應用。在此，開發了一種水性無機聚合物聚磷酸銨，作為新型多功能粘合劑來解決上述問題。新型粘結劑主鏈與多硫化鋰的強結合親和力阻止了多硫化陰離子的擴散，抑制了它們的穿梭效應。新型粘結劑與鋰離子的偶聯促進了離子轉移，促進了正極反應的動力學。此外，該粘結劑可以作為阻燃劑，從而顯著降低硫正極的可燃性。此外，粘合劑的水性特征避免了使用有毒的有機溶劑，因此顯著提高了安全性。因此，基于這種粘合劑，在4 C下獲得了520?mAh g-1的高容量和在0.5C下循環400次，每次循環容量衰減0.038%的優異循環穩定性。這項工作為制造下一代高能量密度鋰硫電池提供了一種可行而有效的策略。
圖9 多硫化物的吸附和溶脹特性。
參考文獻：An Aqueous Inorganic Polymer Binder for High Performance?Lithium?Sulfur Batteries with Flame-Retardant Properties
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.7b00569
（2）Joule: 可拉伸鋰金屬負極
可拉伸電池是可拉伸/柔性電子設備的關鍵組件。然而，由于低鋰存儲能力，它們通常表現出低能量密度。鋰金屬是理想的負極材料，但它具有延展性，不穩定的電化學性能則阻礙了它的實際應用。在此，斯坦福大學崔屹教授和劉凱（第一作者）首次制備了具有穩定的機械和電化學性能的可拉伸鋰金屬負極。它由高彈性聚合物橡膠連接的單實體3D圖案化鋰金屬微區組成。拉伸時，橡膠吸收機械能，而電活性鋰疇沒有機械應變。此外，整個電極是通過簡單地纏繞一根銅線來制造的，這是容易實現，并且具有成本效益。可拉伸鋰金屬負極是開發新型可拉伸“鋰金屬電池”而非傳統可拉伸“鋰離子電池”的關鍵步驟，以提高可拉伸儲能裝置的能量密度。
圖10 可拉伸電極的制造過程示意圖。
參考文獻：Stretchable Lithium Metal Anode?with Improved Mechanical?and Electrochemical Cycling Stability
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118302393?via%3Dihub
6. 金陽 鄭州大學副教授
金陽，博士，現任鄭州大學電氣工程學院副教授（直聘），鄭州大學青年拔尖人才支持計劃入選者。2012年本科畢業后保送至西安交通大學電氣工程學院電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室碩博連讀。2014年至2016年獲得國家留學基金委公派留學資助赴美國麻省理工學院和斯坦福大學進行聯合培養博士學習，在能源類著名科學家崔屹教授的指導下進行鋰離子電池儲能技術的研究。2017年博士畢業后進入鄭州大學電氣工程學院，建立“電網儲能與電池應用研究中心”。近三年以第一作者身份發表10余篇SCI學術研究論文，包括Nature?Energy、Nature Communications、Energy & Environmental Science、PANS、JMCA等。以合作者身份在Science Advances，PANS, Advanced Materials?等期刊發表研究論文20余篇。主持多項科技項目，包括國家自然科學基金青年基金1項（2019年），軍委科技委綜合局電池儲能科技項目1項（2018年），國網河南省電力公司電池儲能類科技項目2項（2018年），國網江蘇省電力公司儲能電站消防科技項目1項（2019年）。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 用于電網規模能量存儲的多硫化鋰液流電池
多硫化鋰電池具有幾個有利的屬性，包括低成本和高能量密度的電網儲能。然而，在碳和鋰表面上不可溶和不可逆的硫化物物種的沉淀(稱為“死亡”硫化物物種)導致高質量負載電池中的連續容量退化，這是鋰硫電池面臨的巨大挑戰。為了解決這個問題，斯坦福大學崔屹教授、金陽提出了一個策略，通過在攪拌和加熱(70℃)下使死硫化物與硫粉末反應來恢復電池容量，并進一步展示了一個基于再活化方法的液流電池系統。因此，實現了超高面負載(0.125 g cm–3)、高體積能量密度(135 Wh L–1)、良好的循環壽命和高單電池容量。高體積能量密度預示著它在未來電網儲能中的應用前景。
圖11?攪拌加熱法再活化多硫化鋰電池的示意圖。
參考文獻：Reactivation of dead sulfide species in lithium?polysulfide flow battery for grid scale energy?storage
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00537-0
（2）Nat. Energy: 一種用于電網儲能的石榴石型固體電解質基熔融鋰電池
電池是一種有吸引力的電網能量存儲技術，但一個可靠的電池系統仍然難以實現電網所需的功能，如高功率能力、高安全性和低成本。在這里，我們報告了一種基于固體電解質的熔融鋰電池，由熔融鋰負極、熔融錫-鉛或鉍-鉛合金正極和石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12?(LLZTO)固體電解質管構成。結果表明，組裝后的鋰-鉛電池和鉍-鉛電池可以在240℃的中間溫度下，以50 mA cm-2和100 mA cm-2的電流密度穩定循環約一個月，幾乎沒有容量衰減，平均庫侖效率為99.98%。此外，電池表現出高功率能力，對于鋰||LLZTO||錫–鉛，電流密度高達300 mA cm-2?(90 mW cm-2)，對于鋰||LLZTO||鉍–鉛，電流密度高達500 mA cm-2?(175 mW cm-2)。該研究的設計為中溫運行、高安全、低建設成本和維護成本的電網儲能提供了前景。
圖12?鋰||LLZTO||液體正極電池的示意圖和光學圖像。
參考文獻：An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage
https://www.nature.com/articles/s41560-018-0198-9
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