康毅进，教授、博导，复旦大学本科，美国University of Pennsylvania博士（导师Christopher Murray教授），Argonne国家实验室博士后（导师：Vojislav Stamenkovic博士、Nenad Markovic博士）。曾任美国Northwestern University访问教授（Institute for Sustainability and Energy）、Universality of Illinois at Chicago客座教授（化工系），作为PI、co-PI获得美国科学基金（NSF）和能源部（DOE）资助。于2015年入选国家青年人才计划并作为第一批建院PI入职电子科技大学基础与前沿研究院，为学校发表有本校第一篇Nature Catalysis封面论文等高水平成果。其主要工作为氢能新能源体系下的可持续性化学过程。现将其在电子科技大学工作期间工作总结如下：
一、氢能：水氢转换，包含氧还原（ORR）、氢氧化（HOR）、析氢（HER）、析氧（OER）四个重要反应，工作聚焦于理解反应机理并对应开发廉价高效催化剂。
Jiang, S., et al. (2020). "Promoting Formation of Oxygen Vacancies in Two-Dimensional Cobalt-Doped Ceria Nanosheets for Efficient Hydrogen Evolution." Journal of the American Chemical Society 142(14): 6461-6466.
促进二维钴掺杂氧化铈纳米片中氧空位的形成，以实现高效的析氢。作为消耗化石燃料能源的有前途的替代品，氢经济需要通过水分解来低成本和高效地生产氢气。为了探索用于电催化析氢反应 (HER) 的廉价、丰富、活性和耐用的催化剂，通过热分解剥离法从具有层状结构的CeCO3OH中制备二维 (2D) 氧化铈纳米片。额外的钴掺杂剂促进了氧化铈纳米片中氧空位的形成，进而优化了氢吸附/水解离并增加了活性位点。因此，二维 Co 掺杂的 CeO2 纳米片在碱性 HER 中表现出优异的催化性能，过电位低至 132 和 215 mV，分别提供100 和 500 mA/cm2 的高电流密度，优于Pt。
Fu, X., et al. (2022). "High-Entropy Alloy Nanosheets for Fine-Tuning Hydrogen Evolution." ACS Catalysis 12(19): 11955-11959.
开发高性能、低成本的析氢反应（HER）电催化剂对于水电解槽的广泛应用尤为重要。调整材料的氢结合能(HBE)是优化HER电催化剂的有效方法，特别是在酸性环境中的应用。因此，本文报告了通过计算机辅助筛选发现了具有HBE最佳值的无Pt组合PdMoGaInNi。作为用于HER的二维高熵合金 (HEA)的探索性示例，合成了PdMoGaInNi HEA 纳米片，以实现预测的无Pt与最佳HBE的组合。PdMoGaInNi HEA纳米片表现出高HER活性，在10 mA cm-2时具有13 mV的低过电势，优于商业Pd/C和Pt/C催化剂。由于HEA的高熵、晶格畸变和缓慢的扩散效应，PdMoGaInNi在质子交换膜水电解槽中显示出至少200小时的良好的长期耐久性。
Zhou, Y., et al. (2021). "Atomic Fe Dispersed Hierarchical Mesoporous Fe-N-C Nanostructures for an Efficient Oxygen Reduction Reaction." ACS Catalysis 11(1): 74-81.
由于贵金属的稀缺性和高成本，氢经济最终将依赖于非铂族金属（non-PGM）催化剂。由于非PGM催化剂的活性和耐久性有限，非PGM催化的氧还原反应是氢燃料电池应用的瓶颈，因此具有挑战性。稳定的单原子催化剂可能是解决该问题的方法。在这项工作中，我们采用配位辅助聚合反应组装策略来合成原子Fe和N共掺杂的有序介孔碳纳米球（表示为meso-Fe–N–C）。Fe和N共掺杂的有序介孔碳纳米球具有分层结构，高表面积为494.7 m2g–1和Fe的高分散性。凭借这些有益的结构特性，Fe和N共掺杂的有序介孔碳纳米球氧还原反应表现出出色的活性和耐久性。
Huang, L.L. et al. (2018). “Catalyst design by scanning probe block copolymer lithography” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115 (15), 3764-3769
我们将扫描探针嵌段共聚物光刻技术（SPBCL）和密度泛函理论（DFT）结合在一起用以设计新型析氢催化剂。基于氢吸附能，DFT预测了三元合金相的Pt-Au-Cu和Pt-Au-Ni为最优析氢催化剂组分，而SPBCL检验了对应的组分会是合金还是分相金属。Pt-Au-Cu被确认为最有且可合成出三元合金相。对应地，该催化剂在溶液相中被合成出来，展示出了七倍于Pt/C催化剂的析氢性能。该工作展示了一个全新的高通量催化剂筛选与设计的平台。
Yu, Y., et al. (2023). "Engineering the High-Entropy Phase of Pt-Au-Cu Nanowire for Electrocatalytic Hydrogen Evolution." Nano Research. doi.org/10.1007/s12274-023-5868-7
基于上述工作，我们发现了A1 相的PtAuCu合金为一种有前景的析氢电催化剂。由于 Pt-Au-Cu 的这种优选相在热力学上并不有利，本文中通过设计纳米线形式的高熵相来稳定 PtAuCu 合金。密度泛函理论（DFT）计算表明，与具有离散氢结合能的有序相和偏析相相比，高熵相提供了多种位点组成组合来连续调节氢结合能，从而产生析氢的高活性位点。
Zhou, Y.G. et al. (2020) Fluidized electrocatalysis, CCS Chem., 2020, 2, 1-12
基于颗粒的电催化剂需要粘在电极上，在电极上，反应的快速和缓慢步骤在空间和时间上绕在颗粒附近。由于颗粒处于持续的电化学应力下，由于活性物质的降解、颗粒的脱落和动力学的恶化，它们的催化性能往往会发生衰减。在本文，流化颗粒很好地解决了这些问题。催化剂不再被固定在电极上，而是在电解质中流动。当单个粒子与电极碰撞时，反应发生。它们共同提供了一个连续的、可扩展的、稳定的电化学电流。由于催化剂现在是旋转工作的，它们的反应速度大大加快，避免了过度的电化学应力的积累，从而使颗粒平均效率提高了几个数量级，并大大增强了抗疲劳性。使用Pt/C催化剂对三种众所周知的反应(包括析氧反应、析氢反应和甲醇氧化反应)进行了概念证明，这些反应在不同的机制下都受到Pt/C的严重性能衰减。流动电催化打破了电催化反应的时空连续性，大大提高了电催化反应的抗疲劳性。它一种无视材料反应的提高电催化反应的普适方法。
Yue, Q., et al. (2020). "Hierarchical Mesoporous MXene-NiCoP Electrocatalyst for Water-Splitting." ACS Applied Materials & Interfaces 12(16): 18570-18577.
利用非贵金属电催化剂进行水分解可能是可持续和清洁氢能的最终解决方案。MXene是一种新兴的二维材料，具有许多独特的特性，例如类金属导电性，亲水性表面和丰富的化学性质，从而提供了一组很有希望的催化剂和催化剂载体材料。在这项研究中，以插层剥离的Ti3C2 MXenes作为基质，通过原位界面生长策略和随后的磷化作用在基底表面垂直生长均匀的介孔NiCoP纳米片。所获得的层状夹层结构的Ti3C2@ mNiCoP材料具有优异的导电性，高表面积和具有高孔体积的均匀的中孔，并展现出良好的水分解性能。
Chen, Y., et al. (2020). "Interfacial Engineering of Ni/V2O3 for Hydrogen Evolution Reaction." Nano Research 13(9): 2407-2412.
电催化水分解为氢生产提供了一条可持续的途径，从而实现了清洁，可再生的氢能源替代能源系统。铂族金属（PGM）材料的稀缺性和高成本促使人们探索高性能非PGM电催化剂。在此，Ni/V2O3具有独特的分级结构，具有优异的电催化性能（例如，在碱性条件下对氢析出反应具有过电位，例如在20 mA·cm-2低至22 mV，在100 mA·cm-2低至94 mV）。Ni/V2O3中有两种尺寸分布的模型提供了界面工程学的解释，即只有适当的Ni/V2O3界面才能有效地改善H2O吸附，H2O离解和H吸附，才可有效地制氢。
Rao, Y., et al. (2020). "Nanoporous V-Doped Ni5P4Microsphere: A Highly Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction at All pH." ACS Applied Materials & Interfaces 12(33): 37092-37099.
作为一种清洁，可持续的生产氢气的方法，电催化水分解法引起了研究界的日益增长的兴趣。尽管铂族金属（PGM）催化剂的稀缺性和氢释放反应（HER）的高昂成本限制了其广泛应用，但非PGM电催化剂的活性通常不佳且耐久性差。在这项工作中，我们报告了一种活性持久的V掺杂Ni5P4电催化剂，可用于全pH HER。特别是V–Ni5P4在碱性介质中具有与Pt相当的HER活性，在10和1000 mA cm–2电流密度下，其过电势分别低至13 mV和295 mV 。能够实现超高电流密度的低成本V–Ni5P4将对制氢行业引起极大的兴趣。
Zhang, R., et al. (2021). "Electrochemical Biomass Upgrading on CoOOH Nanosheets in a Hybrid Water Electrolyzer." Green Chemistry 23(6): 2525-2530.
电催化水分解是生产绿色氢的有前途的途径。然而，阳极析氧反应具有高的电势并且获得了低价值的产物。因此，探索电解制氢制氧以及耦合增值阳极反应的研究受到了极大的关注。在这里，我们采用原位电化学阴离子氧化策略从碳酸钴氢氧化物纳米阵列合成羟基氧化钴（CoOOH）纳米片。通过将CoOOH纳米片用作与5-羟甲基糠醛的混合水电解槽中的阳极电催化剂，可以在阳极上以~100%的转化率，~100%的选择性和~100%的法拉第效率价格用于生产高价值的2,5-呋喃二甲酸产物。
Qu, G., et al. (2019). "Ultrahigh Length-To-Diameter Ratio Nickel Phosphide Nanowires as pH-Wide Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution." Electrochimica Acta 298: 943-949.
不同形态的磷化镍是近年来研究的很有前途的析氢催化剂。与三维或二维形态相比，一维(1D)磷化镍可以提供更大的比表面积，从而提高HER电催化性能。然而，大多数报道的1D磷化镍显示出较小的长径比(小于50)。本文首次报道了采用一步磷化-硫化法合成的超高长径比Ni2P纳米线。所制备的纳米线具有极高的长径比，其范围在500~1000之间。通过对纳米线阵列阴极的形貌、微观结构和基本分布的系统研究，阐明了纳米线阵列阴极的形成机理。超长纳米线形态明显有助于提高HER性能，自支撑Ni2P纳米线阵列表现出出色的HER电催化活性和长期耐久性。
Li, T., et al. (2020). "Low-Temperature Molten Salt Synthesis for Ligand-Free Transition Metal Oxide Nanoparticles." ACS Applied Energy Materials 3(4): 3984-3990.
高比表面积，干净的表面和高固有活性对于高活性的多相催化剂至关重要。不幸的是，当前可用的合成方法几乎不能满足所有这些需求。本文提出了一种简便且通用的方法，用于在低温熔融盐中快速合成不含配体的金属氧化物纳米颗粒（NPs）。由于较低的反应温度（<150°C）和快速的过程（~1分钟），因此，所制备的金属氧化物NP具有超小粒径（<15 nm），低结晶度结构和清洁的表面，使其成为非常适合非均相催化。为了证明低温熔融盐方法对催化应用的价值，通过该法制备的Ni-Fe-O xNPs具有出色的析氧反应（OER）活性（在10 mA cm–2具有226 mV的低过电势）。
Yu, Y., et al. (2022). "High-Entropy Alloy Nanoparticles as a Promising Electrocatalyst to Enhance Activity and Durability for Oxygen Reduction." Nano Research 15(9): 7868-7876.
开发对氧还原反应（ORR）具有超强耐久性的高效铂基电催化剂对于促进燃料电池的大规模商业化是非常可取的。尽管此方面有所进展，但铂基催化剂的电化学动力学和稳定性仍远未达到实际应用的要求。因此，通过高温注射的方法制备 PtPdFeCoNi高熵合金(HEA)纳米颗粒。由于HEA的高熵、晶格畸变和缓慢的扩散效应，PtPdFeCoNi HEA纳米催化剂对ORR表现出优异的催化活性和稳定性。
Serra-Maia, R., et al. (2021). "Nanoscale Chemical and Structural Analysis during In Situ Scanning/Transmission Electron Microscopy in Liquids." ACS Nano 15(6): 10228-10240.
液体电解池中扫描/透射电子显微镜 (S/TEM) 影响了我们对多个科学领域的理解，最显着的是纳米结构成核和生长以及电化学和腐蚀。在电化学的情况下，电极的结合需要使用氮化硅膜来限制液体。液体层和限制膜的组合厚度阻止了常规的原子分辨率的表征。本文展示了通过原位电化学分解水产生气泡，液体的厚度减小到约30 nm厚的薄膜，该薄膜仍然覆盖样品。液体厚度的减小允许通过电子能量损失光谱(EELS)进行化学和价态分析以及通过选区电子衍射(SAED)进行结构分析来获取原子级S/TEM 图像。这与完全充满液体的样品池形成对比，其中来自液体的宽等离子体峰掩盖了来自样品的EELS信号并导致光束不相干，从而阻碍了SAED分析。气泡的产生是完全可逆的，这允许在全电池和薄膜条件之间交替，以分别获得最佳的实验和分析条件。此方法可以应用于其他科学技术，
二、化工升级：为了弥补氢经济无法像石油化工那样直接提供化工原料和产品的缺陷，工作致力于通过可再生能源催化的化学过程将大量易得的小分子(例如CO、CO2、H2O、N2等)升级为高价值化学品。
Luc, W#. Fu，XB#, et al. (2019). "Two-Dimensional Copper Nanosheets for Electrochemical Reduction of Carbon Monoxide to Acetate." Nature Catalysis 2(5): 423-430.
将二氧化碳升级为高价值的多碳（C2+）产品是用于燃料和化学生产的一种有前途的途径。在所有单金属催化剂中，铜由于其独特的能力以相当高的选择性将CO2或CO转化为C2+产品而备受关注。尽管已经进行了许多尝试来合成暴露所需刻面的Cu材料，但是获得高质量的用于电还原CO2/CO的纳米结构Cu催化剂仍然是一个挑战。在这里我们合成出高质量二维Cu纳米片以选择性地暴露（111）表面。在2 M KOH电解质中，Cu纳米片在电化学CO还原中表现出48％的乙酸法拉第效率，且乙酸分电流密度高达131mA cm-2。进一步的分析表明，高乙酸盐选择性归因于Cu（111）表面上对于生成乙烯和乙醇的抑制。
Fu, X., et al. (2020). "Alternative Route for Electrochemical Ammonia Synthesis by Reduction of Nitrate on Copper Nanosheets." Applied Materials Today19: 100620.
硝酸路径合成氨。我们首次提出了一种高效，清洁的氨合成途径，可通过对工业废水，生活污水，硝酸钠矿石，细菌硝化和氮的电化学氧化过程中产生的硝酸盐进行电还原，升级硝酸盐转化为高价值的氨，在-0.15 V的低过电势下，Cu纳米片催化剂制备氨的速率为390.1μgmg-1 Cu h-1，法拉第效率为99.7％，这归因于Cu（111）对HER活性的抑制。通过硝酸根还原实现的氨生成速率比电化学氮还原氨的生成速率高两个以上数量级。这项工作不仅为通过晶面工程合理设计稳固而高效的催化剂提供了强有力的策略，而且还为通过还原硝酸盐合成氨的电化学方法提供了另一种途径。
Fu, X., et al. (2023). "Recent Advances and Challenges of Electrochemical Ammonia Synthesis." Chem Catalysis 2(10): 2590-2613.
综述：电化学氨合成的最新进展和挑战
氨对人类活动至关重要，因为全球约50%的粮食生产依赖于氨衍生的肥料。科研工作者致力于在环境条件下开发以可再生能源为动力的绿色可持续氨合成路线，以取代碳密集且高耗能的哈伯-博世工艺。因此，我本综述总结了三种电化学氨合成方法的最新进展和挑战：锂介导的氮还原反应、硝酸盐的电还原和NOx还原。本综述提供了对提高电化学氨合成过程的活性、选择性和耐久性的反应机制和策略的见解，以及对未来工业应用的展望。
Fu, X., et al. (2021). "Two-Dimensional Pd Rafts Confined in Copper Nanosheets for Selective Semihydrogenation of Acetylene." Nano Letters 21(13): 5620-5626.
开发用于催化工业上重要的半氢化反应的高选择性和活性催化剂仍然是一个开放的挑战。在这里，我们报告了一种双金属Pd/Cu(111)催化剂的设计，其Pd筏限制在Cu纳米片中，其对乙炔半加氢制乙烯具有理想的催化性能，选择性>90%。理论计算表明，与未取代的Cu(111) 相比，Pd原子取代Cu(111)相邻的Cu原子可以通过降低半氢化反应的能垒来提高催化活性，并且可以通过减弱C的吸附来提高选择性。限制在Cu纳米片中的Pd筏催化剂在温和的反应条件下的乙炔半氢化具有高活性和选择性。这项工作提供了一种定义明确的纳米结构 Pd/Cu(111)模型催化剂，它弥合了表面科学催化和实际催化之间的压力和材料差距。
Fu, X., et al. (2022). "Scalable Chemical Interface Confinement Reduction BiOBr to Bismuth Porous Nanosheets for Electroreduction of Carbon Dioxide to Liquid Fuel." Advanced Functional Materials 32(10): 2107182.
将二氧化碳电化学还原为化学和燃料生产是新能源系统的重要组成部分。具有特定表面的二维铋催化剂已被确定为用于将CO2转化为甲酸盐的高效电催化剂。然而，用于大规模生产二维铋催化剂的可控的合成策略仍然极具挑战性。因此，本文提出了一种可扩展的化学界面限制法，用于将BiOBr(001)纳米片拓扑转变为金属Bi (001)多孔纳米片(PNS)。正如所料，Bi (001) PNS表现出二氧化碳还原为甲酸盐的优异的电化学性能。密度泛函理论计算将其高活性归因于Bi PNS 选择性地暴露具有小角度晶界的 (001) 表面可以显着降低形成 *OCHO 的自由能垒。
Du, J., et al. (2023). "Generation of Pd-O for Promoting Electrochemical H2O2Production." ACS Catalysis 13(10): 6887-6892.
通过二电子氧还原（2e-ORR）反应电化学生产H2O2由于其安全、高效的反应过程而被认为有应用前景。因此，本文使用具有表面电沉积Cu的Pd表面作为模型材料，确定 铜的引入可以促进H2O2的产生。通过光谱工具分析发现Cu稳定了Pd-O，Pd-O根据计算提高了Pd位点的2e- ORR活性。进一步合成了PdCu纳米线作为实用电催化剂，该催化剂在2e- ORR反应中显示出接近100%的选择性和1.866 mol g–1cat h–1的H2O2的生产率。
Fu, X., et al. (2023). "Phase Engineering of Intermetallic PtBi2Nanoplates for Formic Acid Electrochemical Oxidation." Nano Letters23(12): 5467-5474.
用于甲酸电化学氧化的金属间化合物PtBi2纳米板的相工程研究
Pt 基金属间催化剂的相工程已被证明是优化直接甲酸燃料电池催化性能的一种有前景的策略。Pt-Bi金属间催化剂由于其高催化活性而引起越来越多的关注，特别是在抑制CO中毒方面。然而，通常金属间化合物的相变和合成在高温下发生，导致尺寸和成分缺乏控制。因此，本文报道了在温和条件下合成具有受控尺寸和成分的金属间化合物β-PtBi2和γ-PtBi2二维纳米板。金属间化合物PtBi2的不同相可以显着影响甲酸氧化反应（FAOR）的催化性能。制备的β-PtBi2纳米板对FAOR表现出优异质量活性，比商业Pt/C催化剂高30倍。此外，原位红外吸收光谱证实金属间化合物PtBi2表现出对CO中毒的高耐受性。
Fu, X., et al. (2021). "Electrochemical Reduction of CO2 towards Multi-Carbon Products via a Two-Step Process." Reaction Chemistry & Engineering 6, 612-628.
通过两步法电化学将二氧化碳还原为多碳产品
将二氧化碳（CO2）电化学转化为由可再生能源提供动力的清洁燃料和化学物质，是实现封闭碳足迹回路的一种有前途的策略。然而，将CO2直接还原成多碳（C2+）产物的缺点是在非碱性电解质中的活性低或碱性电解质中碳酸盐形成引起的电解质降解问题。通过在非碱性电解液中将CO2转化为CO（第一步），分两步进行CO2电化学升级的过程可以避免此类问题，并提高CO-to-C2+的碳-碳偶联速率在碱性电解液中的转化（第二步）。我们总结了CO选择催化剂，C2+选择催化剂，串联催化剂和串联反应体系的最新进展，其目的是实现高效生产高选择性的C2+产物。二氧化碳两步法的减排路线，使从环境丰富分子的化工生产更接近实际应用，为未来氢经济下的化工生产在石化行业提供了一个有希望的替代方案。
Hu, Y. and Y. Kang (2023). "Surface and Interface Engineering for the Catalysts of Electrocatalytic CO2 Reduction." Chemistry, an Asian Journal 18(1): e202201001.
综述：电催化CO2还原催化剂的表面与界面工程
从表面和界面工程的角度综述了电化学CO2还原反应（eCO2RR）催化剂的设计和制备策略。举例说明不同策略对eCO2RR性能的影响。从案例研究中可以提取一些开发和改进eCO2RR催化剂的建议。
Serra-Maia, R., et al. (2021). "Mechanism and Kinetics of Methane Oxidation to Methanol Catalyzed by AuPd Nanocatalysts at Low Temperature." ACS Catalysis 11(5): 2837-2845.
在环境条件下将甲烷选择性氧化为甲醇具有潜力。我们对137个实验室实验进行了多元统计分析，结果表明金钯纳米催化剂开启了形成甲醇的反应途径，但由于催化剂不参与反应的限速步骤，因此甲烷氧化的总体速率与活性位点的总数无关。使用低于2.5 × 10-5 mol/L的H2O2浓度，可减少H2O2的过量使用多达10,000次，并且在不影响反应生产率的情况下，甲醇选择性大于0.8。这些结果对甲烷利用具有巨大的实际意义，因为它们解释了迄今为止获得的较差的甲烷转化率，并为提高甲醇生产率和减少工业上昂贵的H2O2的过度使用指明了道路。
Serra-Maia, R., et al. (2020). "Decomposition of Hydrogen Peroxide Catalyzed by AuPd Nanocatalysts during Methane Oxidation to Methanol." ACS Catalysis 10(9): 5115-5123.
在低温和低压条件下，甲烷选择性氧化为高能量的液体衍生物，对于利用世界各地巨大的天然气储量至关重要。最近，AuPd纳米催化剂已经实现了这一目标，但该过程中有害的H2O2自分解速度加快，导致工业成本过高。我们对文献中报道的143个H2O2分解率测量值进行了多变量分析，以量化甲烷升级过程中反应条件和催化剂性能对H2O2分解的影响。结果表明，该反应在H2O2浓度上为一级反应，且与较大的粒径有关。胶体AuPd的催化活性低于负载型AuPd。甲烷压力的影响几乎可以忽略不计。总体而言，结果表明甲烷氧化发生在H2O2显著过剩的情况下，这有助于其自由基自分解。抑制AuPd纳米催化剂对H2O2自分解的活性是实现H2O2在甲烷氧化制甲醇中高效利用的关键。这可以通过降低H2O2的浓度，使用更小的AuPd纳米催化剂，增加Au/Pd比，使用胶体纳米催化剂和负载纳米催化剂，或增加反应器中甲烷的压力来实现。本研究结果为提高H2O2分解效率和甲烷氧化效率的靶向AuPd催化剂优化提供了一条途径。
三、化学储能
Xu, Y., et al. (2019). "Interlayered Dendrite-Free Lithium Plating for High-Performance Lithium-Metal Batteries." Advanced Materials31(29).
由于其较高的理论容量和较低的氧化还原电位，因此锂金属被认为是下一代电池最有希望的负极材料之一。但是，锂金属阳极的实际应用受到锂枝晶的阻碍，而锂枝晶是在锂电镀/剥离循环过程中产生的，从而导致安全问题。研究人员试图通过在空间上限制Li镀层来解决这个问题。然而，有效地将锂沉积引导到密闭空间中是有挑战性的。在这里，在石墨亚硝酸碳层（g-C3N4）和碳布（CC）之间构造了一个中间层，从而实现了定点无枝状Li镀层。g‐C3N4/ CC作为阳极支架，能够在1500 h内实现出色的循环稳定性，并在2 mA cm-2时具有约80 mV的过电位。此外，在全电池（Li/g-C3N4/CC为阳极，LiCoO2为阴极）中，在300个循环中的库仑效率高达99.4％，这也证明了其出色的电池性能。
Rao, Y., et al. (2021). "Optimizing the Spin States of Mesoporous Co3O4Nanorods through Vanadium Doping for Long-Lasting and Flexible Rechargeable Zn-Air Batteries." ACS Catalysis 11(13): 8097-8103.
具有长寿命稳定性的高性能可充电锌空气电池因其在容量和安全性方面的良好平衡而非常适合电动汽车和便携式电子产品的电源应用。锌-空气电池的关键部件是需要可逆性和耐久性的双功能电催化剂。尖晶石Co3O4作为氧催化一个有前途的非贵重金属催化剂，而是由低效的催化性能与不期望的ë限于克0的Co配置3+离子以八面体位置。在此，使用钒掺杂的Co3O4(V- Co3O4)优化eg电制备得到的钒掺杂介孔Co3O4纳米棒的其优化的eg占有率为1.010。通过钒掺杂优化 Co3O4的自旋态，V- Co3O4表现出出色的双功能催化性能。进一步使用 V- Co3O4电催化剂用于液态可充电锌空气电池和全固态柔性电缆型锌空气电池，提供了有希望的新一代电源的可能。
Xu, Y., et al. (2021). "Thermodynamic Regulation of Dendrite-Free Li Plating on Li3Bi for Stable Lithium Metal Batteries." Nano Letters 21(20): 8664-8670.
金属锂 (Li) 负极的可充电电池因其高理论比容量和能量密度而引起越来越多的兴趣。然而，锂负极在循环过程中的枝晶生长导致稳定性差和严重的安全问题。在此，本文合理选择Li3Bi合金包覆碳布作为锂负极的基材，从热力学角度抑制枝晶生长。Li原子在Li3Bi上的吸附能大于块体Li的内聚能，使得Li能均匀成核沉积，而Li3Bi上Li原子的高扩散势垒阻止了吸附原子从吸附位点向快速生长区域的迁移，进一步保证了Li的均匀沉积。通过无枝晶的锂沉积，复合锂/Li3Bi阳极可以在对称电池中以20 mA cm-2的超高电流密度进行250次循环，并在全电池中提供卓越的电化学性能。
Xu, Y., et al. (2020). "Multifunctional Covalent Organic Frameworks for High Capacity and Dendrite-Free Lithium Metal Batteries." Energy Storage Materials 25: 334-341.
本文引入共价有机框架LZU1 (COF-LZU1)作为锂阳极和隔膜之间的保护层。由于COF-LZU1中双(三氟甲烷磺酰)亚胺(TFSI)阴离子与醛官能团之间的相互作用，减轻了空间电荷的影响，从而抑制了枝晶的生长。此外，亚胺连接的COF-LZU1具有亲锂性和电解质可湿性，能够实现均匀的Li离子通量分布和传输，从而产生低电压滞后。在无枝晶阳极下，锂铜电池的锂利用率达到>99%，锂对称电池的寿命超过2000小时，电压滞后率约为35 mV。此外，有COF-LZU1层的锂硫电池的稳定性和倍率性能明显优于无COF-LZU1层的锂硫电池。因此，利用COF-LZU1保护层已被成功证明是实现安全和高功率/能量密度锂金属电池的有效方法。
Xu, Y., et al. (2020). "Sodium Deposition with a Controlled Location and Orientation for Dendrite-Free Sodium Metal Batteries." Advanced Energy Materials 10(44): 2002308.
钠是锂的最有前途的替代品之一，可作为下一代电池的负极材料。但是，严重的Na枝晶生长阻碍了其实际应用。在此，在底面上涂有一层锡薄层的聚丙烯腈（PAN）纤维膜用作Na沉积的支架。由于Sn层可实现较低的成核势垒，因此Na沉积会自发发生在支架的底部，然后由于3D结构导致局部电流密度降低和亲钠PAN调节的Na+均匀分布而被均匀地限制在其三维网络内。在这种良好控制的钠沉积方向下，Na-PAN/Sn电极在5 mA cm-2的Na镀层/剥离中可提供99.5％的高库仑效率，在2 mA cm－2对称电池中可稳定运行2500小时以上，并且在Na金属全电池中具有出色的循环稳定性和倍率性能。
Xu, Y., et al. (2021). "Can carbon sponge be used as separator in Li metal batteries?" Energy Storage Materials 36: 108-114.
高理论比容量和低氧化还原电位赋予锂在下一代可充电电池中使用的潜力。然而，由锂的枝晶生长和高反应性引起的安全性问题和循环退化阻碍了锂金属电池的实际应用。在此，据报道有一种策略将电解质限制在富氮和富羧基的空心碳海绵储器中。中空结构及其亲脂性有助于通过包含电解质来减轻副反应。碳海绵中的羧基可以与1,2-二甲氧基乙烷形成氢键，从而减轻Li的溶剂化作用并提高Li的迁移率，同时控制Li分布的亲硫性也基本上抑制了树枝状晶体的生长。有限的锂溶剂化还减少了锂阳极上溶剂分子的寄生反应。使用这种碳海绵电解质储液器，Li-Li电池可稳定运行4000个小时以上，并且在至少800次循环后，Li-Cu电池的库仑效率约为99.3％。Li-LiCoO也证明了这种储层的实际应用。2和Li-S电池。
Xu, Y., et al. (2021). "SnO2 Quantum Dots Enabled Site-Directed Sodium Deposition for Stable Sodium Metal Batteries." Nano Letters 21(1): 816-822.
树枝状晶体的生长已经严重阻碍了钠（Na）金属电池的应用，钠电池被认为是下一代高能电池最有希望的候选者之一。因此，SnO2量子点(QDs)均匀分散并完全覆盖在对熔融Na具有高亲和力的3D碳布支架（SnO2-CC）上，这是因为SnO2自发引发了与Na的合金反应，并且为Na沉积提供了低成核势垒。熔融的Na可作为独立的阳极材料快速注入到SnO2-CC支架中。由于SnO2和Na离子之间的亲和力，SnO2当与3D CC支架组合使用时，量子点可以有效地引导Na形核并获得定点的无枝晶Na沉积。这种电化学稳定的阳极在Na对称电池中以20 mA cm–2的超高电流密度可实现近400个循环，并在Na–Na3V2(PO4)3全电池中提供出色的循环性能和可逆速率能力。
Rao, Y., et al. (2022). "V2O3/MnS Arrays as Bifunctional Air Electrode for Long-Lasting and Flexible Rechargeable Zn-Air Batteries." Small 18(15): 2104411.
探索高效、稳定且具有成本效益的双功能电催化剂对于可充电锌空气电池的广泛商业化至关重要。在此，报道了一种包含V2O3和MnS的异质结构(V2O3/MnS)的混合空气电极，其表现出良好的催化活性，非凡的稳定性和低成本。V2O3/MnS双功能氧电催化剂应用于液态锌空气电池表现出高功率密度、比容量（808 mAh g Zn-1）和能量密度（970 Wh kg Zn-1），以及出色的可充电性和耐久性。配置在全固态锌空气电池中展示其作为下一代电子产品灵活电源的巨大潜力。密度泛函理论计算进一步阐明了V2O3/MnS异质结构的内在活性和稳定性的原因。
Xu, Y., et al. (2019). "Three-Dimensional Carbon Material as Stable Host for Dendrite-Free Lithium Metal Anodes." Electrochimica Acta 301: 251-257.
锂离子沉积不均匀导致的循环性能差和严重的安全隐患严重阻碍了锂金属电池的实际应用。在这里，我们引入了三维碳材料，随后将其原位转化为LiC6作为电极支架。这种具有高比表面积的亲锂3-D结构使锂金属的无枝晶沉积成为可能，在300次循环后库仑效率高达97%。我们提出除了三维结构外，LiC6中间体可能是导致Li无枝晶生长的原因，这为设计高性能锂金属电池阳极提供了一种潜在的新策略。
Qu, G., et al. (2020). "Alternately Dipping Method to Prepare Graphene Fiber Electrodes for Ultra-High-Capacitance Fiber Supercapacitors." iScience 23(8): 101396.
柔性光纤超级电容器是可穿戴电子设备电源的有前途的候选者。高性能纤维的制造正在进行中，但充满挑战。由湿纺或电沉积技术制成的当前可用的石墨烯纤维由于其不能令人满意的电容而远离实际应用。在这里，我们报告了一种简便的交替浸渍（AD）方法，将石墨烯涂覆在线状基材上。在这种指导下，通过AD方法制造的具有钛芯的石墨烯纤维（AD：Ti @ RGO）显示出高达1,722.1 mF cm-2的超高比电容，约为湿法纺丝和电沉积法制备的纯石墨烯纤维的约1,000倍，具有迄今为止最高的比电容。基于卓越的机械性能和出色的电化学性能，基于AD：Ti @ RGO的超级电容器为可穿戴设备的下一代技术开辟了道路。
课题组小而精、成员人人有高水平成果，硕士生基本均以一区SCI按时毕业。课题组短短几年内就向包括南京大学等985院校输送正高级科研人员4名，副高1名。课题组成员岳秦获国家青年拔尖计划支持；明星学生付先彪发表有正刊、大子刊并创建了著名学术公众号“催化开天地”。
康毅进教授创立成都天芮科技有限公司并任东方电气集团PEM电解水制氢首席（顾问）科学家，致力于全面提升我国氢能技术自主创新能力和产业核心竞争力。天芮科技致力于开发包含质子膜电解水、阴离子膜电解水等制氢技术，开发有经过5000小时工业验证的铱基催化剂以及非铱阳极催化剂、非贵金属阴极催化剂，性能远超过美国能源部同期指标，居于世界领先水平。康毅进现加入四川大学化工学院，研究资金、学生名额充足，现招收大量博士生、硕士生、博士后、科研助理，并有国外联培和产业实习机会，有兴趣请发简历至kangyijin@gmail.com，邮件中请勿附压缩包。
转自：“萤火科研”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
