清華大學深圳研究生院2016年至今高質量工作匯總

2016年深研院共發表文章608篇，其中研究論文441篇、會議論文153篇、綜述17篇、更正4篇、社論2篇以及其他。

其中“aiticle”和“review”共458篇，我們選擇影響因子10以上期刊的文章加以分析

2016年

1、高性能柔性紡織電極和可穿戴能量存儲纖維電極的同時生產

康飛宇教授和徐成俊教授等人通過提出的有效策略，同時生產高性能柔性紡織電極和纖維電極。活性碳纖維布（ACFC）/碳納米管（CNT）和ACFC / MnO2 / CNTs復合材料被設計為高性能柔性紡織電極。這些紡織品也可以拆分成用作高性能柔性纖維電極的單個纖維束。該策略由簡單的制備方法，低成本原材料和高性能電極產品組成，將有效促進柔性儲能裝置的商業化。

文獻鏈接：Simultaneous Production of High-Performance Flexible Textile Electrodes and Fiber Electrodes for Wearable Energy Storage（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201504747）

2、用于高性能鋰硫電池的新型凝膠聚合物電解質

抑制多硫化物在液體電解質（LE）中溶解極具挑戰性。康飛宇教授和賀艷兵教授等人首次報告，具有極高的離子電導率（1.13×10^-2 S cm^-1）季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）基GPE的簡易原位合成。由于PETEA基GPE和電極之間的緊密粘合，成功制造了高性能柔性聚合物Li-S電池。這項工作開辟了一個方便，低成本和有效的方式來大幅提高Li-S電池的能力，這是朝著利用GPE高性能Li-S電池邁出的關鍵一步。

文獻鏈接：Novel gel polymer electrolyte for high-performance lithium-sulfur batteries（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.02.008）

3、一種用于高性能可壓縮贗電容器的超長、高度定向的鎳-納米線陣列電極支架

楊誠教授課題組首次提出了一種低溫液相制備高長徑比鎳納米線陣列的方法。這種由高長徑比的鎳納米線陣列與柔性基底保持良好的導電和力學接觸，并且表現出了超親水性等作為電化學電極的優異性能，為下一代電化學電極結構設計提供了參考思路。

該研究成果發表于：An Ultralong, Highly Oriented Nickel-Nanowire-Array Electrode Scaffold for High-Performance Compressible Pseudocapacitors（Adv. Mater.，2016，DOI:?10.1002/adma.201505644）

?4、一種制備單分散納米Li₄Ti₅O₁₂作為鋰離子電池負極的策略

康飛宇教授、李寶華教授、賀艷兵教授研究團隊與佐治亞理工學院 Zhiqun Lin教授合作提出了用氮化鈦做氮源來制備平均尺寸為120 nm的單分散納米球形鈦酸鋰材料。其電化學倍率性能十分優越，如10 C充放電比容量達到151.1 mAh/g，甚至在80 C下充放電仍然能夠達到108.9 mAh/g。另外，在10 C的充放電速率下，循環500次后其容量仍保持92.6%，體現了優異的電化學穩定性。

文獻鏈接：A robust strategy for crafting monodisperse Li₄Ti₅O₁₂?nanospheres as superior rate anode for lithium ion batteries

（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.01.005）

?5、SiO₂空心納米球為基礎的鋰金屬電池復合固體電解質用于抑制鋰枝晶的生長和提高循環壽命

不可控的Li枝晶生長引起的鋰金屬負極的低庫侖效率和嚴重的安全性問題阻止了鋰金屬電池的實際應用。康飛宇教授和賀艷兵教授等人報道了一種用于Li金屬電池的新型SiO₂中空納米球基復合固體電解質（SiSE）。當SiSE在正極上原位制備并施加到LiFePO₄ / SiSE / Li電池時，所獲得的電池顯示出循環穩定性的顯著改善。這項工作可以擴展中空納米氧化物的應用，并使得Li負極在下一代能量存儲系統中能夠安全、高效地工作。

文獻鏈接：SiO₂?Hollow Nanosphere-Based Composite Solid Electrolyte for Lithium Metal Batteries to Suppress Lithium Dendrite Growth and Enhance Cycle Life（Adv. Energy Mater.,2016,DOI: 10.1002/aenm.201502214）

6、化學脫合得到鋰金屬負極的3D多孔集流體

楊全紅教授和賀艷兵教授通過化學脫合商業化的Cu-Zn合金帶來制造3D多孔銅集流體。自然整合的互連多孔骨架可以容納Li的沉積，抑制枝晶生長和減輕循環期間的巨大體積變化。與這種多孔Cu集流體組合的Li金屬負極在Li基二次電池中顯示出優異的性能和商業潛力。

文獻鏈接：Chemical Dealloying Derived 3D Porous Current Collector for Li Metal Anodes（Adv. Mater.，2016，DOI:?10.1002/adma.201601409）

7、激光加工石墨烯微型超級電容器用于超薄，可卷曲，緊湊和可定制的儲能組件

楊誠老師課題組針對商業化的微型超級電容器和鋁電解液電容器的最先進的封裝薄膜微超級電容器進行了基準研究。微平面超級電容器不僅在1000mV s ^-1掃描速率下顯示出3.75倍于商用微超級電容器和8785倍于鋁電解液電容器的體積能量密度，而且還可以被定制為多種形狀，卷起，插入設備中的微小間隙空間。這種具有高體積能量密度（在LiCl-PVA凝膠中為0.98mWh cm^-3，在離子液體中為5.7mWh cm^-3）的超薄（18μm）微超級電容器組件可以集成到電子設備系統中并且具有一系列優于當前商業基準的性能特征，其可以找到廣泛的應用。

文獻鏈接：Laser-processed graphene based micro-supercapacitors for ultrathin, rollable, compact and designable energy storage components（Nano Energy ，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.04.045）

8、通過氮摻雜碳納米球電催化劑提高釩液流電池性能

制造成本效益和高性能的電極對于釩液流電池（VFB）的開發是必不可少的。此外，改善電極在酸性電解質中的穩定性仍然是關鍵問題。邱新平教授和席靖宇教授提出了一個簡單的方法來制備在石墨氈（GF）纖維上生長的N摻雜碳納米球（NCS）組成的新型電極。多巴胺單體用作碳源和氮源。制備的NCS/GF電極表現出優異的電催化活性以及釩離子氧化還原反應的潤濕性。在電流密度為50-300mA cm^-2的單電池測試表明其在能量效率和容量保持方面性能優異。通過在150mA cm^-2的較高電流密度下的長期循環來證實NCS催化劑的卓越的耐久性。NCS / GF電極在-15°C至50°C也表現出極佳的溫度適應性。本研究中報道的簡單方法可為用于制造VFB的高性能電極的新途徑鋪平道路。

文獻鏈接：Boosting vanadium flow battery performance by Nitrogen-doped carbon nanospheres electrocatalyst（Nano Energy ，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.08.025）

9、鈦酸鋰與石墨烯的混合物致密隔膜涂層用于長循環壽命鋰硫電池

多硫化物在電解質中的高溶解度以及由此導致的差的循環性能是工業生產和使用鋰-硫（Li-S）電池的主要障礙之一。楊全紅教授、賀艷兵教授等人開發了一種新型的混合和致密的隔膜涂層，大大提高了電池的循環和速率性能。使用具有致密涂層隔膜的純硫電極的電池表現出超高速率性能（在20下709mA hg^-1和在0.1C下1408mA hg^-1）和優異的循環性能（697mA hg^-1，500次循環，具有85.7％的容量保持）。這種容易實現的優異性能表明了制備工業實用的Li-S電池的可能性。

文獻鏈接：Dense coating of Li₄Ti₅O₁₂?and graphene mixture on the separator to produce long cycle life of lithium-sulfur battery （Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.030）

10、將超薄，多功能和緊湊的涂層靜電噴涂到正極上，用于長壽命和高倍率鋰硫電池

多硫化物的嚴重穿梭效應是阻礙鋰硫電池實際應用的主要障礙。康飛宇教授、呂偉等人提出將超薄且多功能的多硫化物阻塞層（MPBL）包覆在正極上，以有效地抑制多硫化物穿梭。通過這樣的多功能設計，MPBL涂覆的碳硫正極表現出長的循環穩定性和高倍率性能，其在1C下每個循環僅具有0.042％的容量衰減，1000次循環，即使在高倍率（3C）下也有615mA hg^-1。

文獻鏈接：Electrostatic-spraying an ultrathin, multifunctional and compact coating onto a cathode for a long-life and high-rate lithium-sulfur battery（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.044）

11、纖維素納米纖維作為獨特的結構導向劑通過單向冷凍干燥得到木質部樣微蜂窩塊體

蜂窩結構主要由于其高強度-重量比而受到關注。楊全紅教授和康飛宇教授等人提出通過單向冷凍干燥（UDF）方法得到形成木質部樣塊體（XM）的途徑。并證明，利用含XM的還原氧化石墨烯（表示為XM / rGO）的貫穿的微通道和體彈性可以用作應變傳感器。該方法在其制備過程中是靈活的，并且可以用于制備各種功能性復合XM。

文獻鏈接：Cellulose Nanofiber as a Distinct Structure-Directing Agent for Xylem-like Microhoneycomb Monoliths by Unidirectional Freeze-Drying（ACS Nano，2016，10.1021/acsnano.6b05808）

12、在鎳納米線陣列膜上構造的超快，高容量和優異的壽命Ni / Zn電池

隨著便攜式和可穿戴電子產品的蓬勃發展，具有高性能，低成本，安全，環保，輕便，薄和靈活特性的電化學存儲設備變得比以往任何時候都更重要。楊誠老師課題組構建一種可再充電Ni / Zn電池。電池電壓為?1.75V，能量密度為148.54Wh kg^-1（4.05Wh / L）和功率密度為1.725 kW kg^-1，充電時間<1分鐘。此外，基于NNA的水性Ni / Zn電池表現出優異的循環壽命（在5000次循環后僅?12％的容量損失）。這些特性使得該Ni / Zn電池成為下一代能量存儲系統的非常有前景的候選者。

文獻鏈接：An ultrafast, high capacity and superior longevity Ni/Zn battery constructed on nickel nanowire array film（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.07.035）

13、基于高柔性片狀電極的透氣性可穿戴式能量存儲系統

康飛宇教授、徐成俊教授等人利用高柔性層狀電極構筑了透氣性可攜帶式超級電容器。他們將具有透氣網格的片層作為柔性結構的基底，向其沉積碳納米管（CNTs）和二氧化錳，用以制備片狀電化學活性電極。該電極不僅具有異常高的倍率容量和循環性能，而且具有足夠的柔性用以迎合折疊，扭曲，塑形等可穿戴設備的需要。

文獻鏈接：?Breathable and Wearable Energy Storage Based on Highly?Flexible Paper Electrodes?（Adv. Mater.，2016，DOI:?DOI: 10.1002/adma.201602541?）

14、一個具有二氧化錫負極和基于丙烯酸酯凝膠聚合物電解質的高度安全的鋰-硫聚合物電池

香港科技大學趙天壽教授和清華大學康飛宇教授等人提出和制備了采用穩定的SnO₂負極和雙功能凝膠聚合物電解質（GPE）的鋰-硫聚合物電池（LISPB）。并證明石墨烯和羧甲基纖維素（CMC）能夠形成穩定的負極結構，并同時在醚基電解質中穩定SEI膜。LISPB在高和低電流密度（在0.3C下300次循環后為83.3％，在1C下500次循環后為82.1％）下具有高容量保持率和優異的高倍率性能（608.2mA h g ^-1，在5C下）。這種新穎且簡單的LISPB系統體現高安全性硫基電池的顯著進步。

文獻鏈接：A highly-safe lithium-ion sulfur polymer battery with SnO₂anode and acrylate-based gel polymer electrolyte（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.08.033）

2017年

1、3D網絡凝膠聚合物電解液用于無枝晶鋰電池

李寶華教授和楊全紅教授（共同通訊作者），盧青文博士和賀艷兵副教授（共同第一作者）基于開環聚合反應，采用新型的無引發劑的一鍋合成法制備強韌致密的3D網絡凝膠聚合物電解液（3D-GPE）。該工作以雙酚A二縮水甘油醚（DEBA）為支撐框架來提高聚合物網絡的機械強度，以聚乙二醇二縮水甘油醚（PEGDE）和二氨基聚（環氧丙烷）（DPPO）為交聯劑來保證離子能快速傳輸。3D-GPE兼具高機械強度、柔韌性、熱穩定性、高離子導電性等優點，并且其致密結構有利于鋰電極上生長均勻的SEI膜，有效抑制鋰枝晶的形成。組裝的Li/3D-GPE/Li對稱電池循環超過900 h仍保持極低和穩定的極化電壓。組裝的LiFePO₄/3D-GPE/Li電池在20 C下容量高達73.0 mAh/g，高于采用液態電解液的電池（52.4 mAh/g），0.3 C下循環200次容量保持率為99.3%。

文獻鏈接：Dendrite-Free, High-Rate, Long-Life Lithium Metal Batteries with a 3D Cross-Linked Network Polymer Electrolyte (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604460)

2、還原氧化石墨烯/多價態氧化錳復合物制備高性能可剪裁及貼片式超級電容器

楊誠教授（通訊作者）等利用液相法合成了二維石墨烯/二氧化錳復合物，通過肼蒸汽還原，一步實現了氧化石墨烯的還原和多價態錳氧化物的生成，制備了rGO/MnO_x復合物。這種材料可適用于傳統電極漿料涂布工藝，實現電極漿料的大載量印刷涂布。其高效的自由電子及離子的傳輸網絡、多種價態錳氧化物材料中豐富的電子及離子缺陷、多價態氧化錳和石墨烯的協同作用等極大地優化了材料的電容特性：質量比電容為202 F g^^-1(載量為2mg cm^-2)；面積比電容達2.5?F?g^^-1(載量為19mg cm^-2）；在循環11萬5千圈后容量保有率為最初值的106%。此外，其合作者還設計并制備了可裁剪和貼片式超級電容器。以離子液體為電解液、商用活性炭為負極，rGO/MnO_x復合物做正極，采用印刷、電鍍、熱壓等規模化、產業兼容的工藝技術組裝非對稱式超級電容器。器件的能量密度可達到47.9Wh/kg，功率密度可達到20.8 kW/kg。器件在循環8萬次后容量保有率仍為初始值的96%，是目前文獻已報道的非水系贗電容器中的最高值。

文獻鏈接：?Reduced Graphene Oxide/Mixed-valent Manganese Oxides Composite Electrode for Tailorable and Surface Mountable Supercapacitors with High Capacitance and Super-Long Life.?（Energy & Environmental Science, 2017.?DOI: ?10.1039/C6EE03773A）

3、高性能柔性超級電容器的制備——多層次電極結構設計

康飛宇和徐成俊（共同通訊）團隊設計了一種具有多層次結構的柔性電極，使得電化學物質在高含量情況下仍能夠相對均勻地分布在整個電極中，因而電極的面積比能量得到大幅提高；此外，制備的電極展現出良好的柔性。具體來說，該電極的多層次結構體現在：（1）采用活性碳纖維布作為柔性基底（活性碳纖維自身是一種優異的雙電層電容器材料）；（2）隨后在活性碳纖維表面沉積適量聚苯胺納米顆粒；（3）在碳纖維之間的空間（即遠離纖維表面的位置）二次沉積聚苯胺。簡言之，將活性物質（活性碳纖維和聚苯胺）“放置”在電極內部三種不同的空間位置上，有效阻礙了活性物質的團聚、并實現了其高負載。

文獻鏈接：Multi Hierarchical Construction-induced Superior Capacitive Performances of Flexible Electrodes for Wearable Energy Storage (Nano Energy，2017，DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.02.031)

4、鋰硫電池高倍率長壽命新途徑-促進多硫化物轉化

楊全紅和呂偉老師(共同通訊作者)通過水熱法使一個三維分層多孔石墨烯宏觀結構與均勻分布的α-Fe₂O₃納米顆粒復合在一起(標記為Fe-PGM)，并將其設計為鋰硫電池中的硫載體。在這種混合結構中，α-Fe₂O₃納米顆粒不僅能夠與多硫化物強烈結合，而且更為重要的是在充放電過程中它們能夠轉化為不溶性物質，對多硫化鋰(LiPSs)的往返運動起到化學屏障的作用，因此與三維分層多孔結構一起促進了電子/離子的快速傳遞。同時，負極中的Fe-PGM使得電池具有高倍率性能(5 C倍率時電容量為565 mAh/g)和長循環穩定性(在5 C高倍率1000多次循環中，每次循環后電容量僅以0.049%的超低速率衰減)。

文獻鏈接：Propelling polysulfides transformation for high-rate and long-life lithium–sulfur batteries?(Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.01.040)

5、新型電解液體系電用于鋰空氣電池

李寶華教授和翟登云副教授（共同通訊作者）、劉如亮博士開發了以N, N'-二甲基丙烯基脲 (DMPU)作為溶劑、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)為添加劑、雙三氟甲基磺酰胺亞鋰（LiTFSI）作為鋰鹽的新型電解液體系。該電解液體系中，DMPU具有較低的蒸汽壓（b p=246 ^oC），較強的極性以及較好的溶解鋰鹽的能力；BHT可以吸附體系中產生的產氧自由基，減緩超氧自由基對電解液的破壞作用。因此，該體系兼具離子電導率高、熱穩定性好、抗氧化性強等優點，可以有效的而降低充放電電壓差，提高鋰氧電池循環穩定性。使用單純碳納米管作為正極組裝鋰氧電池，充電電壓降低到0.6V（鋰氧電池常規電解液TEGDME為1.4V）。

文獻鏈接：Achieving Low Overpotential Lithium?Oxygen Batteries by Exploiting a New Electrolyte Based on N,N′?Dimethylpropyleneurea（ACS Energy Lett.，2017, DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00581）

6、?醚類電解液可以優化高比面碳負極的固態電解質界面（SEI膜）從而顯著提升其儲鈉性能

清華-伯克利深圳學院（TBSI）納米能源材料實驗室（Lab 1a）揭示，對于鈉離子電池，大的表面積并不是多孔碳首次庫倫效率低的唯一原因，電解液也是極其重要的影響因素；將傳統的酯類電解液替換為醚類電解液，便可顯著提高大比表面積碳（多孔碳和石墨烯等）的首次庫倫效率。本文對包括石墨烯在內的三種典型大表面積碳材料在醚類電解液中的儲鈉行為進行了系統研究，對電解液和電極材料之間形成的界面相——固態電解質界面膜（SEI膜）的化學組分、含量和結構進行了詳細解析，發現基于醚類電解液生成的SEI膜具有厚度小、組分均勻、電化學穩定且離子導電率高等優點。研究結果顯示，在醚類電解液中，石墨烯負極的可逆比容量和倍率性能都格外優異：在0.1 A/g的電流密度下循環100圈后，可逆比容量接近509 mAh/g；甚至在5 A/g的超大電流密度下，可逆比容量仍可達196 mAh/g。同時，石墨烯負極也顯示了極好的循環穩定性，在1 A/g的電流密度下循環1000圈后，容量保持率也可達74.6 %。

文章鏈接：Achieving superb sodium storage performance on carbon anodes through an ether-derived solid electrolyte interphase（Energy Environ. Sci., 2017,DOI:?10.1039/C6EE03367A ）

注意：

• 2016年數據來源與web of Science，其數據庫更新一般滯后兩月左右，因此統計信息可能不完善；
• 由于檢索規則制定不準確等原因，結果可能與實際情況有偏差；

根據web of science核心數據庫統計清華深研院在2016年共發表影響因子10以上的文獻16篇，包含NANO ENERGY 8篇、ADVANCED MATERIALS 4篇、ACS NANO 2篇、ADVANCED ENERGY MATERIALS 2篇，其中以第一作者或通訊作者發表14篇。

本文由材料人新能源組 背逆時光 供稿，材料牛編輯整理。

點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！