周豪慎 ，南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。長期從事鋰離子電池、金屬鋰二次電池、鈉離子電池、固態(tài)電池等動力電池和儲能電池的研究和開發(fā)。先后在Nat. Mater.，Nat. Energy，Nat. Catal.，Nat. Commun.，Joule，EES，Angew，JACS，AM等國際著名期刊上發(fā)文500余篇，他引超過38000次，H因子108，取得國內(nèi)外專利50余項。（個人信息來源于網(wǎng)絡(luò)） 4月7日至9日，周豪慎教授團隊先后在國際著名期刊Adv. Sci.和AM上發(fā)表重要成果，下面小編簡單概述了兩項工作以供大家參考！ Adv. Sci.：協(xié)同陰陽離子氧化還原實現(xiàn)高穩(wěn)定的鈉離子電池層狀正極
鈉離子電池通常被認為是大規(guī)模儲能有希望的候選者。層狀鐵/錳氧化物正極由于元素豐度和高理論容量而受到廣泛關(guān)注。然而，由于在連續(xù)的鈉釋放和吸收過程中，錳溶解和鐵遷移的趨勢，這些材料的電化學(xué)性能通常會發(fā)生顯著下降。 周豪慎教授、郭少華教授 等提出了一種在層狀Mn/Fe基正極Na2/3 Fe2/3 Mn1/3 O2 （NFM）中通過Li取代協(xié)同陰陽離子氧化還原的策略，以抑制過渡金屬離子電化學(xué)活性的過度使用所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)退化，同時實現(xiàn)晶格應(yīng)變的降低和電化學(xué)性能的提高。結(jié)果表明，獲得的Na0.8 Li0.2 Fe0.2 Mn0.6 O2 （NLFM）由于Li取代而顯示出至少三個優(yōu)勢：首先，NLFM在空氣中暴露1個月，甚至在水中浸泡1周后仍顯示出令人印象深刻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而在空氣和水中儲存后，NFM中明顯出現(xiàn)了一個新相。第二，密度泛函理論(DFT)計算、軟X射線吸收光譜(sXAS)和 X 射線光電子能譜(XPS)的結(jié)果證明，NLFM的氧氧化還原過程被激活，從而可提供更高的比容量。最后，NFM的有害相變在NLFM中被顯著抑制，這有助于快速的Na+ 傳輸和更好的循環(huán)性能，此外，可忽略的Mn溶解、不可見的Fe遷移和晶格應(yīng)變也得到證實。 因此，NLFM表現(xiàn)出增強的電化學(xué)性能，表現(xiàn)為≈165 mAh g-1 的高可逆容量、提升的容量保持率（在200 mA g-1 下經(jīng)過100次循環(huán)后為98.3%）和強大的容量恢復(fù)能力。這些發(fā)現(xiàn)加深了對陰離子和陽離子氧化還原協(xié)同作用的理解，并為設(shè)計用于鈉離子電池的高穩(wěn)定性層狀正極提供了新的見解。 圖1 NFM和NLFM的結(jié)構(gòu)表征 Synergetic Anion–Cation Redox Ensures a Highly Stable Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105280 AM：通過構(gòu)建可充電池的電極正面定制陽離子的溶劑化鞘層
陽離子（如Li+ 、Na+ 、Zn2+ ）溶劑化鞘層內(nèi)的溶劑分子很容易脫氫，尤其是與高壓正極結(jié)合時，這會導(dǎo)致有害的電解質(zhì)分解，最終加速可充電池的容量衰減。鹽和陽離子之間經(jīng)常采用溶劑化策略來提高電解質(zhì)的穩(wěn)定性。然而，在制備高濃度電解液時添加額外劑量的昂貴鹽、添加劑/共溶劑所帶來的成本挑戰(zhàn)，在一定程度上阻礙了它們的進一步利用。在電極表面引入基于多孔材料的電極正面，即使是在稀電解液中，也可以將高能態(tài)脫溶劑化溶劑從反應(yīng)性電極轉(zhuǎn)移到非導(dǎo)電多孔材料表面，從而消除脫溶劑化溶劑和電極材料之間的接觸機會，并大大減少與溶劑相關(guān)的分解問題。 周豪慎教授、喬羽博士 等簡要回顧了通過構(gòu)建可充電池的各種電極正面來定制陽離子（溶劑化金屬離子：例如溶劑化Li+ 、Zn2+ ）的溶劑化鞘的研究進展。首先，展示了關(guān)于引入電極正面的重要性以及如何使用電極正面促進溶劑化陽離子的脫溶劑化過程的機制。然后，仔細篩選和選擇幾種多孔材料和電解液，以實施脫溶劑化過程，并生產(chǎn)用于可充二次電池的脫溶劑化電解液（部分脫溶劑化和完全脫溶劑化電解液）。最后，詳細討論了通過構(gòu)建電極正面來定制陽離子溶劑化鞘的的未來挑戰(zhàn)和機遇。由于這是一個非常有趣但尚未完全開發(fā)的研究領(lǐng)域，因此可以做出更多的研究努力。最后，根據(jù)過去在該領(lǐng)域的經(jīng)驗，作者認為需要加強以下幾個方面： （1） 承認該領(lǐng)域已經(jīng)獲得了一定的進展，但是，這種新報道策略的利用僅用于鋰金屬電池和鋅金屬電池。因此，其他電池系統(tǒng)包括鈉金屬電池/鈉離子電池、鋁金屬電池/鋁離子電池、鉀金屬電池/鉀離子電池、鎂金屬電池/鎂離子電池和鈣金屬電池/鈣離子電池同樣是使用電解液脫溶劑化策略有希望的候選者。（2） 從方法學(xué)的角度來看，由于大多數(shù)報道的電極正面由多孔材料和聚合物粘結(jié)劑組成，多孔材料顆粒之間的間隙是不可避免的。這些差距可能會在一定程度上破壞脫溶劑化電解液引起的積極影響。因此，為充分利用脫溶劑化電解液，用于調(diào)節(jié)脫溶劑化電解液的電極正面應(yīng)具有良好的韌性和柔性，同時具有良好的抗裂性。用MOFs/COFs的前驅(qū)體均勻涂覆基材，并使用各種方法，如原位微波合成法、原位氣相合成法、光聚合、電聚合法有望制備具有優(yōu)異韌性和柔性的MOFs/COFs基電極正面。（3） 各種電極正面通道內(nèi)的脫溶劑化電解液的量對于構(gòu)建高能量密度電池很重要。考慮到由電極正面通道內(nèi)獲得的聚集電解液配置引起的電化學(xué)性能增強，限制在通道內(nèi)的脫溶劑化電解液越少，相應(yīng)電池可以提供的能量密度越高。（4） 最后，不限于MOFs，其他多孔材料，如COFs、多孔聚合物、分子篩，甚至多孔液體，在促進各種電池系統(tǒng)的脫溶劑化電解液方面也顯示出令人鼓舞的前景。此外，考慮到這些材料的復(fù)雜理化性質(zhì)，受限的脫溶劑化電解液與電極正面通道壁之間的相互作用，以及離子如何通過通道傳導(dǎo)需要進一步研究。圖1 通過構(gòu)建二次電池電極正面定制電解液溶劑化鞘層的意義 圖2 使用電極正面促進溶劑化陽離子脫溶劑化過程的機制 圖3 在有機碳酸酯電解液中使用3?分子篩基電極正面獲得部分脫溶劑化 圖4 通過使用3?分子篩基電極正面實現(xiàn)的積極的效果 圖5 在鋰金屬表面構(gòu)建UiO-66 MOF基電極正面促使無枝晶鋰沉積 Tailoring the solvation sheath of cations by constructing electrode front-faces for rechargeable batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202201339
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