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學(xué)者簡(jiǎn)介

余彥，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，國(guó)家杰青、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、兼任Journal of Power Sources副主編。目前在Science, Nature Energy, Advanced Materials等國(guó)際著名期刊上發(fā)表論文280余篇，其中包括以通訊作者發(fā)表Advanced Materials 30余篇。SCI他引22000余次，H指數(shù)84（WOS數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，見下圖）。入選科睿唯安以及愛思唯爾材料類高被引學(xué)者榜單。

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近年個(gè)人獲獎(jiǎng)如下：第十七屆中國(guó)青年女科學(xué)家獎(jiǎng)（2021）、第十六屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)（2020）、安徽省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（第一完成人，2020）、 Elsiver出版社“Materials Today Rising Star”獎(jiǎng)（2019）、Wiley出版社“Outstanding Young Researcher”（2018）、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)（2017）、Wiley出版社“Small Young Innovators”獎(jiǎng)（2017）、中國(guó)化工學(xué)會(huì)侯德榜科技青年獎(jiǎng)（2017）等。

研究領(lǐng)域：功能材料的電化學(xué)制備、化學(xué)儲(chǔ)能及相關(guān)電化學(xué)基礎(chǔ)研究。主要研究方向?yàn)橐痪S納米材料的可控制備及應(yīng)用、高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關(guān)鍵電極材料的設(shè)計(jì)、合成及儲(chǔ)能機(jī)制。課題組官網(wǎng)：http://staff.ustc.edu.cn/~yanyumse/index.html

在二次電池領(lǐng)域深耕了近二十年，余彥教授在儲(chǔ)能電池材料方面取得了一系列成果，近日又取得新突破！9月23日、24日兩天內(nèi)連續(xù)發(fā)表Advanced Energy? Materials（IF=29.368）、Advanced Materials（IF=30.849）各一篇，下面為大家展開介紹下這兩篇重要成果。

AEM: 從0D到3D：具有優(yōu)異K存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性的鉍負(fù)極維度控制

用于鉀離子電池 (KIB) 的鉍基負(fù)極因其高體積比容量 (3800 mA h mL^-1)而備受關(guān)注。然而，鉍基材料在循環(huán)過程中面臨巨大的體積變化，導(dǎo)致電池循環(huán)性能差和循環(huán)壽命短等問題。

為了解決上述問題，余彥教授等人制備了一系列不同維度的鉍材料，包括鉍納米顆粒（0D-Bi）、鉍納米支鏈（1D-Bi）、分級(jí)鉍納米片（2D-Bi）和3D連續(xù)多孔Bi（3D-Bi），闡明了0D、1D、2D和3D Bi負(fù)極在鉀化/脫鉀過程中的形態(tài)演變規(guī)律。其中，2D-Bi轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)多孔Bi納米帶，保留了原來的納米片形狀，縮短了離子擴(kuò)散路徑，緩沖了體積膨脹，表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。此外，深度XPS揭示了二甲氧基乙烷（DME）衍生的固體電解質(zhì)界面（SEI）膜的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。

圖1. 具有不同維度的Bi負(fù)極的制備及形貌

圖2. 2D-Bi負(fù)極的operando XRD分析

得益于獨(dú)特的衍生結(jié)構(gòu)和堅(jiān)固的SEI膜，2D-Bi實(shí)現(xiàn)了卓越的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性（在10 A g^-1下循環(huán)750次后容量為344 mA h g^-1）和優(yōu)異的倍率性能（在30 A g^-1下容量保持率為88.3%，vs 1 A g^-1）。當(dāng)與普魯士藍(lán)正極配對(duì)時(shí)，鉀離子全電池（2D-Bi// PB）表現(xiàn)出高能量密度（174 Wh kg^-1@ 475 W kg^-1）和穩(wěn)定的循環(huán)性能。Operando XRD表明，最終合金產(chǎn)物在第一次循環(huán)時(shí)為六方K₃Bi，在第二次鉀化過程后變?yōu)榱⒎終₃Bi，并進(jìn)一步揭示了詳細(xì)的K存儲(chǔ)機(jī)制。這項(xiàng)研究有助于促進(jìn)鉍基材料在KIB中的理論理解和實(shí)際應(yīng)用。

圖3. 2D-Bi//PB全電池的電化學(xué)性能

From 0D to 3D: Dimensional Control of Bismuth for Potassium Storage with Superb Kinetics and Cycling Stability, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102263

https://doi.org/10.1002/aenm.202102263

AM: 結(jié)構(gòu)工程控制MoS₃負(fù)極體積膨脹，實(shí)現(xiàn)高性能的非鋰基可充電電池

非鋰離子存儲(chǔ)設(shè)備是用于低成本和大規(guī)模應(yīng)用的鋰離子存儲(chǔ)設(shè)備的有前途的替代品。目前，大容量電極大多是晶體材料。然而，這些具有固有各向異性的晶體材料在電化學(xué)循環(huán)過程中通常會(huì)受到晶格應(yīng)變和結(jié)構(gòu)破壞的影響。

為此，余彥教授等人首次開發(fā)了一種新方法，通過合理控制還原氧化石墨烯 (rGO) 表面上MoS₃的內(nèi)在各向同性生長(zhǎng)來構(gòu)建2D非晶MoS₃-on-rGO異質(zhì)結(jié)構(gòu)。首先，前驅(qū)體（MoS₄^2-）在不同溫度下分解為晶體和非晶種子，然后在GO表面成核。其次，MoS₂晶體核經(jīng)歷各向異性生長(zhǎng)，而非晶MoS₃核則為各向同性生長(zhǎng)，導(dǎo)致不同的納米結(jié)構(gòu)。MoS₂晶體沿(010)和(100)面生長(zhǎng)在rGO表面形成納米片結(jié)構(gòu)，非晶MoS₃傾向于形成2D覆在rGO上的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖1. MoS₂-on-rGO和MoS₃-on-rGO的生長(zhǎng)行為示意圖

與MoS₂-on-rGO晶體相比，由于獨(dú)特的二維非晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)，MoS₃-on-rGO在儲(chǔ)能過程中表現(xiàn)出可忽略不計(jì)的體積膨脹和低鈉化應(yīng)變、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。此外，非晶MoS₃與石墨烯的二維異質(zhì)界面通過提高電子/離子電導(dǎo)率進(jìn)一步增強(qiáng)了電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。

圖2. 用于鈉離子存儲(chǔ)的非晶MoS₃-on-rGO的電化學(xué)性能

因此，2D非晶MoS₃-on-rGO顯示出出色的Na⁺/K⁺/Zn²⁺存儲(chǔ)性能，且在鈉離子電池（SIBs）、固態(tài)鈉電池（SSBs）、鉀離子電池（KIBs）、鋅離子電池（ZIBs）、混合超級(jí)電容器等非鋰離子電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)中顯示出優(yōu)異的兼容性。例如，SIBs在10 A g^-1的高速率下具有高達(dá)40000次循環(huán)的顯著循環(huán)穩(wěn)定性。因此，非晶MoS₃固有的各向同性、無序納米結(jié)構(gòu)和其他獨(dú)特的特性有望用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種二維非晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略也可以擴(kuò)展到用于各種儲(chǔ)能系統(tǒng)的其他材料。

圖3. 非晶MoS3-on-rGO在不同儲(chǔ)能設(shè)備中的兼容性

Harnessing the Volume Expansion of MoS3 Anode by Structure Engineering to Achieve High Performance Beyond Lithium-Based Rechargeable Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106232

https://doi.org/10.1002/adma.202106232

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