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學者簡介

余彥，中國科學技術大學教授，國家杰青、英國皇家化學會會士、兼任Journal of Power Sources副主編。目前在Science, Nature Energy, Advanced Materials等國際著名期刊上發表論文280余篇，其中包括以通訊作者發表Advanced Materials 30余篇。SCI他引22000余次，H指數84（WOS數據庫數據，見下圖）。入選科睿唯安以及愛思唯爾材料類高被引學者榜單。

近年個人獲獎如下：第十七屆中國青年女科學家獎（2021）、第十六屆中國青年科技獎（2020）、安徽省自然科學一等獎（第一完成人，2020）、 Elsiver出版社“Materials Today Rising Star”獎（2019）、Wiley出版社“Outstanding Young Researcher”（2018）、中國硅酸鹽學會青年科技獎（2017）、Wiley出版社“Small Young Innovators”獎（2017）、中國化工學會侯德榜科技青年獎（2017）等。

研究領域：功能材料的電化學制備、化學儲能及相關電化學基礎研究。主要研究方向為一維納米材料的可控制備及應用、高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關鍵電極材料的設計、合成及儲能機制。課題組官網：http://staff.ustc.edu.cn/~yanyumse/index.html

在二次電池領域深耕了近二十年，余彥教授在儲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日兩天內連續發表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：具有優異K存儲動力學和循環穩定性的鉍負極維度控制

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

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）、分級鉍納米片（2D-Bi）和3D連續多孔Bi（3D-Bi），闡明了0D、1D、2D和3D Bi負極在鉀化/脫鉀過程中的形態演變規律。其中，2D-Bi轉變為連續多孔Bi納米帶，保留了原來的納米片形狀，縮短了離子擴散路徑，緩沖了體積膨脹，表現出最佳的電化學性能。此外，深度XPS揭示了二甲氧基乙烷（DME）衍生的固體電解質界面（SEI）膜的化學成分和結構。

圖1. 具有不同維度的Bi負極的制備及形貌

圖2. 2D-Bi負極的operando XRD分析

得益于獨特的衍生結構和堅固的SEI膜，2D-Bi實現了卓越的長期循環穩定性（在10 A g^-1下循環750次后容量為344 mA h g^-1）和優異的倍率性能（在30 A g^-1下容量保持率為88.3%，vs 1 A g^-1）。當與普魯士藍正極配對時，鉀離子全電池（2D-Bi// PB）表現出高能量密度（174 Wh kg^-1@ 475 W kg^-1）和穩定的循環性能。Operando XRD表明，最終合金產物在第一次循環時為六方K₃Bi，在第二次鉀化過程后變為立方K₃Bi，并進一步揭示了詳細的K存儲機制。這項研究有助于促進鉍基材料在KIB中的理論理解和實際應用。

圖3. 2D-Bi//PB全電池的電化學性能

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: 結構工程控制MoS₃負極體積膨脹，實現高性能的非鋰基可充電電池

非鋰離子存儲設備是用于低成本和大規模應用的鋰離子存儲設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循環過程中通常會受到晶格應變和結構破壞的影響。

為此，余彥教授等人首次開發了一種新方法，通過合理控制還原氧化石墨烯 (rGO) 表面上MoS₃的內在各向同性生長來構建2D非晶MoS₃-on-rGO異質結構。首先，前驅體（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晶體核經歷各向異性生長，而非晶MoS₃核則為各向同性生長，導致不同的納米結構。MoS₂晶體沿(010)和(100)面生長在rGO表面形成納米片結構，非晶MoS₃傾向于形成2D覆在rGO上的異質結構。

圖1. MoS₂-on-rGO和MoS₃-on-rGO的生長行為示意圖

與MoS₂-on-rGO晶體相比，由于獨特的二維非晶異質結構，MoS₃-on-rGO在儲能過程中表現出可忽略不計的體積膨脹和低鈉化應變、優異的結構穩定性和優異的電化學動力學。此外，非晶MoS₃與石墨烯的二維異質界面通過提高電子/離子電導率進一步增強了電化學動力學。

圖2. 用于鈉離子存儲的非晶MoS₃-on-rGO的電化學性能

因此，2D非晶MoS₃-on-rGO顯示出出色的Na⁺/K⁺/Zn²⁺存儲性能，且在鈉離子電池（SIBs）、固態鈉電池（SSBs）、鉀離子電池（KIBs）、鋅離子電池（ZIBs）、混合超級電容器等非鋰離子電池的儲能系統中顯示出優異的兼容性。例如，SIBs在10 A g^-1的高速率下具有高達40000次循環的顯著循環穩定性。因此，非晶MoS₃固有的各向同性、無序納米結構和其他獨特的特性有望用于儲能系統，這種二維非晶異質結構設計策略也可以擴展到用于各種儲能系統的其他材料。

圖3. 非晶MoS3-on-rGO在不同儲能設備中的兼容性

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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