陳人杰，北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授、博導(dǎo)，北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心（國家級）研究員。2005年獲博士學(xué)位，師從北京理工大學(xué)吳鋒教授；2005-2007年于清華大學(xué)化學(xué)系從事博士后研究，師從陳立泉院士、邱新平教授；2007年入職北京理工大學(xué)；2012-2013年在英國劍橋大學(xué)Prof. Derek Fray、Dr. Vasant R. Kumar課題組訪問研究。獲得榮譽、稱號：國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、部級科學(xué)技術(shù)一等獎4項。教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，北京市優(yōu)秀人才、科技新星，北京高等學(xué)校卓越青年科學(xué)家，中國工程前沿杰出青年學(xué)者，英國皇家化學(xué)學(xué)會會士，教育部長江學(xué)者特聘教授和科睿唯安2020“全球高被引科學(xué)家”。研究領(lǐng)域：針對高比能長航時電池新體系的設(shè)計與制造、二次電池安全性/溫度適應(yīng)性、超薄/輕質(zhì)/長壽命特種儲能器件及關(guān)鍵材料研制等科學(xué)問題和技術(shù)難點，開展：（1）離子液體及新型功能復(fù)合電解質(zhì)材料；（2）多電子高比能新型二次電池及關(guān)鍵材料；（3）特種功能電源及異構(gòu)納米材料；（4）綠色二次電池設(shè)計與資源化利用等具有原創(chuàng)性的研究工作。曾先后在Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Nature Communications, Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials等國際頂級期刊發(fā)表SCI收錄論文200余篇；申請發(fā)明專利96項，獲授權(quán)42項；開發(fā)出電池材料基因組數(shù)據(jù)平臺，獲批軟件著作權(quán)10項；出版學(xué)術(shù)專著2部（《先進電池功能電解質(zhì)材料》科學(xué)出版社2020年出版；《多電子高比能鋰硫二次電池》科學(xué)出版社2020年出版）。Google Scholar顯示被引量達16000余次，H指數(shù)高達69。
近期成果
陳人杰教授團隊科研成果突出，取得了諸多優(yōu)異的成果，而近期更是成果井噴！自國慶長假第二天10月2日起至節(jié)后第一天10月8日這一周內(nèi)，連發(fā)3篇Advanced Materials（AM, IF=30.849）、1篇Advanced Energy Materials（AEM, IF=29.368）、1篇Nano-micro Letters（NML, IF=16.419）等5篇重磅成果，總IF過100！其中10月8號更是一天同時發(fā)表2篇AM+1篇AEM，實在是太強了！在此為大家簡單介紹下這5篇優(yōu)異成果，以供學(xué)習(xí)和參考。
10月2日AM: 混合MXene/石墨烯氣凝膠中封裝Zn作為可折疊鋅離子電池的穩(wěn)定鋅負極
三維（3D）主體材料可以有效減緩鋅（Zn）金屬負極的枝晶生長。然而，使用3D基底增加的電極/電解液反應(yīng)面積加速了負極界面的鈍化和腐蝕，最終降低了電化學(xué)性能。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、謝嫚副教授（共同通訊）等人通過定向冷凍過程構(gòu)建了可折疊的MXene/石墨烯氣凝膠混合支架，基于豐富的親鋅特性和微孔結(jié)構(gòu)，通過電沉積過程將金屬Zn致密地封裝在其內(nèi)部。在循環(huán)過程中，由于MXene中固有的氟終端，在負極/電解液處原位形成富含ZnF2的固體電解質(zhì)界面 (SEI)可以有效抑制枝晶生長。此外，3D微尺度分布的塊狀鋅設(shè)計抑制了析氫反應(yīng)（3.8 mmol h-1 cm-2）和通過原位/異位測試的鈍化。因此，在對稱電池測試中，電極在10 mA cm-2下具有超過1000小時的長循環(huán)壽命。在連續(xù)單折疊和雙折疊之后，具有復(fù)合負極和LiMn2O4正極（60% 放電深度）的準(zhǔn)固態(tài)可折疊電池仍保持超過91% 的高容量保持率。這項研究為水系鋅離子電池提供了一種革命性的封裝理念以及可折疊的研究。Encapsulation of Metallic Zn in Hybrid MXene/Graphene Aerogel as Stable Zn Anode for Foldable Zn-ion Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106897https://doi.org/10.1002/adma.202106897
10月6日NML: 用于下一代可充電電池的MOF基材料的合理設(shè)計
基于金屬有機框架 (MOF) 的材料具有高孔隙率、可調(diào)成分、多樣化結(jié)構(gòu)和多功能功能，為下一代可充電電池應(yīng)用提供了廣闊的空間。在此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人總結(jié)了用于下一代可充電電池（鈉離子電池、鉀離子電池、鋅離子電池、鋰硫電池、鋰氧電池和鋅空氣電池）的原始MOFs、MOF復(fù)合材料、MOF衍生物和MOF復(fù)合材料的最新進展。作者全面討論了電極材料、隔膜、電解質(zhì)和金屬負極的組件、結(jié)構(gòu)和性能在提高電池性能方面的獨特優(yōu)勢，詳細介紹了各種MOF相關(guān)材料的可控制備和電池性能增強機制的關(guān)鍵因素。最后提出了MOF設(shè)計策略的主要挑戰(zhàn)和前瞻性解決方案。盡管MOFs近年的研究很大進展，但基于MOF的先進納米結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計仍處于研究的早期階段，需要合成新型MOF復(fù)合材料以及原位表征對電化學(xué)過程的基本機理進行深入研究。此外，制備MOF的高成本和環(huán)境破壞仍然阻礙其實際應(yīng)用，這需要在未來的研究中進一步努力。這篇綜述將有助于指導(dǎo)和啟發(fā)用于下一代可充電電池的先進MOF 基材料的未來設(shè)計。Rational Design of MOF-Based Materials for Next-Generation Rechargeable Batteries, Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00726-zhttps://doi.org/10.1007/s40820-021-00726-z
10月8日AEM: 用于快速充電鋰金屬電池的石墨烯/碳納米管復(fù)合氣凝膠支架
鋰金屬負極以其高比容量和最低的氧化還原電位引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。然而，鋰枝晶的不可控生長和低庫侖效率 (CE) 將其排除在實際應(yīng)用之外，尤其是在快速充電領(lǐng)域。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人通過簡單的一鍋水熱反應(yīng)制備了石墨烯/碳納米管復(fù)合材料（GCNT）氣凝膠并將其作為鋰金屬負極的穩(wěn)定主體。具有大表面積和高電導(dǎo)率的多孔氣凝膠可以顯著降低局部電流密度，從而實現(xiàn)球形和均勻的鋰沉積。GCNT 氣凝膠電極可以在1 mA cm-2的電流密度和 1 mAh cm-2 的容量下進行430 次循環(huán)并保持97.7% 的高CE，對稱電池可以維持高達8 mA cm-2的高電流密度。與LiFePO4正極配對的復(fù)合負極顯示出超高倍率能力（18C倍率時97.6%的超高容量保持率）和99.1%的平均CE（4 C下570次循環(huán)）。當(dāng)與 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極配對時，復(fù)合負極還可以表現(xiàn)出10 C的高倍率，并在隨后的2 C下的470次循環(huán)中實現(xiàn)了83.2% 的高容量保持率和99.8% 的平均 CE。這項工作為3D導(dǎo)電碳基體的設(shè)計提供了見解，并將促進用于高能量密度應(yīng)用的快充鋰金屬電池的發(fā)展。From Flower-Like to Spherical Deposition: A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102454https://doi.org/10.1002/aenm.202102454
10月8日AM: 一種用于高能鋰電池的抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負極
鋰金屬是下一代高能電池最有前途的負極候選之一，然而鋰粉化和相關(guān)的電接觸損失仍然是重大挑戰(zhàn)。在此，北京理工大學(xué)陳人杰教授等人報道了一種抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負極，該負極包含少量固態(tài)電解質(zhì) (SSE) 納米顆粒作為保形/犧牲填料，銅 (Cu) 箔作為支撐集流體。在SSE的引導(dǎo)下，這種新型負極促進了鋰的成核，有助于在循環(huán)過程中形成圓形、微尺寸且無枝晶的電極，從而有效地減緩鋰枝晶的生長。混合負極中嵌入的銅集流體不僅增強了機械強度，而且提高了活性鋰絲之間的有效電荷轉(zhuǎn)移，提供良好的電極結(jié)構(gòu)完整性和電連續(xù)性。因此，這種抗粉化和高連續(xù)性的鋰負極在1 mA cm-2的電流密度下提供≈99.6% 的高平均庫侖效率，可循環(huán) 300 次。配備該負極的鋰硫電池（元素硫或硫化聚丙烯腈正極）分別在其相應(yīng)的醚基或碳酸鹽基電解液中顯示出高容量保持率。這項研究為設(shè)計避免在運行過程中經(jīng)歷較大體積變化的電極提供了重要參考。An Antipulverization and High-Continuity Lithium Metal Anode for High-Energy Lithium Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105029https://doi.org/10.1002/adma.202105029
10月8日AM: 基于集成多氧化還原中心的雙有機層正極的高性能水系鋅電池
具有氧化還原活性位點和柔性結(jié)構(gòu)的有機正極材料有望用于開發(fā)具有高容量和大輸出功率的水系鋅離子電池。然而大多數(shù)有機主體的儲能依賴于Zn2+/H+與單一官能團之間的配位/失配反應(yīng)，導(dǎo)致容量差、放電平臺低和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人率先在納米多孔碳上依次原位電沉積穩(wěn)定的聚（1,5-萘二胺，1,5-NAPD）作為中間層和優(yōu)異的導(dǎo)電聚（對氨基苯酚，pAP）作為表層以優(yōu)化有機正極的結(jié)構(gòu)，稱為C@多層聚合物。原位分析、電化學(xué)測量和理論計算證明，雙有機層正極中C=O和C=N活性位點可以同時以旋轉(zhuǎn)和配位的聚合物鏈存儲Zn2+以提高容量和穩(wěn)定性。得益于雙有機層的協(xié)同效應(yīng)，C@多層聚合物正極表現(xiàn)出高容量（348 mAh g-1）、優(yōu)異的倍率性能（132 mAh g-1@40 A g-1）、超過5000次循環(huán)的長壽命，即使在商業(yè)負載（10.2 mg cm-2）下也具有2.8 mAh cm-2的優(yōu)異面積容量，證明了3D雙有機層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。這種具有多個活性位點的獨特鋅離子存儲機制為構(gòu)建先進的鋅有機電池創(chuàng)造了新的機遇。High-Performance Aqueous Zinc Batteries Based on Organic/Organic Cathodes Integrating Multi-Redox Centers, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106469https://doi.org/10.1002/adma.202106469
