清华大学深圳研究生院2016年至今高质量工作汇总

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2016年深研院共发表文章608篇，其中研究论文441篇、会议论文153篇、综述17篇、更正4篇、社论2篇以及其他。

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2016年

1、高性能柔性纺织电极和可穿戴能量存储纤维电极的同时生产

康飞宇教授和徐成俊教授等人通过提出的有效策略，同时生产高性能柔性纺织电极和纤维电极。活性碳纤维布（ACFC）/碳纳米管（CNT）和ACFC / MnO₂ / CNTs复合材料被设计为高性能柔性纺织电极。这些纺织品也可以拆分成用作高性能柔性纤维电极的单个纤维束。该策略由简单的制备方法，低成本原材料和高性能电极产品组成，将有效促进柔性储能装置的商业化。

文献链接：Simultaneous Production of High-Performance Flexible Textile Electrodes and Fiber Electrodes for Wearable Energy Storage（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201504747）

2、用于高性能锂硫电池的新型凝胶聚合物电解质

抑制多硫化物在液体电解质（LE）中溶解极具挑战性。康飞宇教授和贺艳兵教授等人首次报告，具有极高的离子电导率（1.13×10^-2 S cm^-1）季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）基GPE的简易原位合成。由于PETEA基GPE和电极之间的紧密粘合，成功制造了高性能柔性聚合物Li-S电池。这项工作开辟了一个方便，低成本和有效的方式来大幅提高Li-S电池的能力，这是朝着利用GPE高性能Li-S电池迈出的关键一步。

文献链接：Novel gel polymer electrolyte for high-performance lithium-sulfur batteries（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.02.008）

3、一种用于高性能可压缩赝电容器的超长、高度定向的镍-纳米线阵列电极支架

杨诚教授课题组首次提出了一种低温液相制备高长径比镍纳米线阵列的方法。这种由高长径比的镍纳米线阵列与柔性基底保持良好的导电和力学接触，并且表现出了超亲水性等作为电化学电极的优异性能，为下一代电化学电极结构设计提供了参考思路。

该研究成果发表于：An Ultralong, Highly Oriented Nickel-Nanowire-Array Electrode Scaffold for High-Performance Compressible Pseudocapacitors（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201505644）

 4、一种制备单分散纳米Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极的策略

康飞宇教授、李宝华教授、贺艳兵教授研究团队与佐治亚理工学院 Zhiqun Lin教授合作提出了用氮化钛做氮源来制备平均尺寸为120 nm的单分散纳米球形钛酸锂材料。其电化学倍率性能十分优越，如10 C充放电比容量达到151.1 mAh/g，甚至在80 C下充放电仍然能够达到108.9 mAh/g。另外，在10 C的充放电速率下，循环500次后其容量仍保持92.6%，体现了优异的电化学稳定性。

文献链接：A robust strategy for crafting monodisperse Li4Ti5O12 nanospheres as superior rate anode for lithium ion batteries

（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.01.005）

 5、SiO₂空心纳米球为基础的锂金属电池复合固体电解质用于抑制锂枝晶的生长和提高循环寿命

不可控的Li枝晶生长引起的锂金属负极的低库仑效率和严重的安全性问题阻止了锂金属电池的实际应用。康飞宇教授和贺艳兵教授等人报道了一种用于Li金属电池的新型SiO₂中空纳米球基复合固体电解质（SiSE）。当SiSE在正极上原位制备并施加到LiFePO₄ / SiSE / Li电池时，所获得的电池显示出循环稳定性的显着改善。这项工作可以扩展中空纳米氧化物的应用，并使得Li负极在下一代能量存储系统中能够安全、高效地工作。

文献链接：SiO₂ Hollow Nanosphere-Based Composite Solid Electrolyte for Lithium Metal Batteries to Suppress Lithium Dendrite Growth and Enhance Cycle Life（Adv. Energy Mater.,2016,DOI: 10.1002/aenm.201502214）

6、化学脱合得到锂金属负极的3D多孔集流体

杨全红教授和贺艳兵教授通过化学脱合商业化的Cu-Zn合金带来制造3D多孔铜集流体。自然整合的互连多孔骨架可以容纳Li的沉积，抑制枝晶生长和减轻循环期间的巨大体积变化。与这种多孔Cu集流体组合的Li金属负极在Li基二次电池中显示出优异的性能和商业潜力。

文献链接：Chemical Dealloying Derived 3D Porous Current Collector for Li Metal Anodes（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201601409）

7、激光加工石墨烯微型超级电容器用于超薄，可卷曲，紧凑和可定制的储能组件

杨诚老师课题组针对商业化的微型超级电容器和铝电解液电容器的最先进的封装薄膜微超级电容器进行了基准研究。微平面超级电容器不仅在1000mV s ^-1扫描速率下显示出3.75倍于商用微超级电容器和8785倍于铝电解液电容器的体积能量密度，而且还可以被定制为多种形状，卷起，插入设备中的微小间隙空间。这种具有高体积能量密度（在LiCl-PVA凝胶中为0.98mWh cm^-3，在离子液体中为5.7mWh cm^-3）的超薄（18μm）微超级电容器组件可以集成到电子设备系统中并且具有一系列优于当前商业基准的性能特征，其可以找到广泛的应用。

文献链接：Laser-processed graphene based micro-supercapacitors for ultrathin, rollable, compact and designable energy storage components（Nano Energy ，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.04.045）

8、通过氮掺杂碳纳米球电催化剂提高钒液流电池性能

制造成本效益和高性能的电极对于钒液流电池（VFB）的开发是必不可少的。此外，改善电极在酸性电解质中的稳定性仍然是关键问题。邱新平教授和席靖宇教授提出了一个简单的方法来制备在石墨毡（GF）纤维上生长的N掺杂碳纳米球（NCS）组成的新型电极。多巴胺单体用作碳源和氮源。制备的NCS/GF电极表现出优异的电催化活性以及钒离子氧化还原反应的润湿性。在电流密度为50-300mA cm^-2的单电池测试表明其在能量效率和容量保持方面性能优异。通过在150mA cm^-2的较高电流密度下的长期循环来证实NCS催化剂的卓越的耐久性。NCS / GF电极在-15°C至50°C也表现出极佳的温度适应性。本研究中报道的简单方法可为用于制造VFB的高性能电极的新途径铺平道路。

文献链接：Boosting vanadium flow battery performance by Nitrogen-doped carbon nanospheres electrocatalyst（Nano Energy ，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.08.025）

9、钛酸锂与石墨烯的混合物致密隔膜涂层用于长循环寿命锂硫电池

多硫化物在电解质中的高溶解度以及由此导致的差的循环性能是工业生产和使用锂-硫（Li-S）电池的主要障碍之一。杨全红教授、贺艳兵教授等人开发了一种新型的混合和致密的隔膜涂层，大大提高了电池的循环和速率性能。使用具有致密涂层隔膜的纯硫电极的电池表现出超高速率性能（在20下709mA hg^-1和在0.1C下1408mA hg^-1）和优异的循环性能（697mA hg^-1，500次循环，具有85.7％的容量保持）。这种容易实现的优异性能表明了制备工业实用的Li-S电池的可能性。

文献链接：Dense coating of Li4Ti5O12 and graphene mixture on the separator to produce long cycle life of lithium-sulfur battery （Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.030）

10、将超薄，多功能和紧凑的涂层静电喷涂到正极上，用于长寿命和高倍率锂硫电池

多硫化物的严重穿梭效应是阻碍锂硫电池实际应用的主要障碍。康飞宇教授、吕伟等人提出将超薄且多功能的多硫化物阻塞层（MPBL）包覆在正极上，以有效地抑制多硫化物穿梭。通过这样的多功能设计，MPBL涂覆的碳硫正极表现出长的循环稳定性和高倍率性能，其在1C下每个循环仅具有0.042％的容量衰减，1000次循环，即使在高倍率（3C）下也有615mA hg^-1。

文献链接：Electrostatic-spraying an ultrathin, multifunctional and compact coating onto a cathode for a long-life and high-rate lithium-sulfur battery（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.044）

11、纤维素纳米纤维作为独特的结构导向剂通过单向冷冻干燥得到木质部样微蜂窝块体

蜂窝结构主要由于其高强度-重量比而受到关注。杨全红教授和康飞宇教授等人提出通过单向冷冻干燥（UDF）方法得到形成木质部样块体（XM）的途径。并证明，利用含XM的还原氧化石墨烯（表示为XM / rGO）的贯穿的微通道和体弹性可以用作应变传感器。该方法在其制备过程中是灵活的，并且可以用于制备各种功能性复合XM。

文献链接：Cellulose Nanofiber as a Distinct Structure-Directing Agent for Xylem-like Microhoneycomb Monoliths by Unidirectional Freeze-Drying（ACS Nano，2016，10.1021/acsnano.6b05808）

12、在镍纳米线阵列膜上构造的超快，高容量和优异的寿命Ni / Zn电池

随着便携式和可穿戴电子产品的蓬勃发展，具有高性能，低成本，安全，环保，轻便，薄和灵活特性的电化学存储设备变得比以往任何时候都更重要。杨诚老师课题组构建一种可再充电Ni / Zn电池。电池电压为〜1.75V，能量密度为148.54Wh kg^-1（4.05Wh / L）和功率密度为1.725 kW kg^-1，充电时间<1分钟。此外，基于NNA的水性Ni / Zn电池表现出优异的循环寿命（在5000次循环后仅〜12％的容量损失）。这些特性使得该Ni / Zn电池成为下一代能量存储系统的非常有前景的候选者。

文献链接：An ultrafast, high capacity and superior longevity Ni/Zn battery constructed on nickel nanowire array film（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.07.035）

13、基于高柔性片状电极的透气性可穿戴式能量存储系统

康飞宇教授、徐成俊教授等人利用高柔性层状电极构筑了透气性可携带式超级电容器。他们将具有透气网格的片层作为柔性结构的基底，向其沉积碳纳米管（CNTs）和二氧化锰，用以制备片状电化学活性电极。该电极不仅具有异常高的倍率容量和循环性能，而且具有足够的柔性用以迎合折叠，扭曲，塑形等可穿戴设备的需要。

文献链接： Breathable and Wearable Energy Storage Based on Highly Flexible Paper Electrodes （Adv. Mater.，2016，DOI: DOI: 10.1002/adma.201602541 ）

14、一个具有二氧化锡负极和基于丙烯酸酯凝胶聚合物电解质的高度安全的锂-硫聚合物电池

香港科技大学赵天寿教授和清华大学康飞宇教授等人提出和制备了采用稳定的SnO₂负极和双功能凝胶聚合物电解质（GPE）的锂-硫聚合物电池（LISPB）。并证明石墨烯和羧甲基纤维素（CMC）能够形成稳定的负极结构，并同时在醚基电解质中稳定SEI膜。LISPB在高和低电流密度（在0.3C下300次循环后为83.3％，在1C下500次循环后为82.1％）下具有高容量保持率和优异的高倍率性能（608.2mA h g ^-1，在5C下）。这种新颖且简单的LISPB系统体现高安全性硫基电池的显著进步。

文献链接：A highly-safe lithium-ion sulfur polymer battery with SnO2anode and acrylate-based gel polymer electrolyte（Nano Energy，2016，http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.08.033）

2017年

1、3D网络凝胶聚合物电解液用于无枝晶锂电池

李宝华教授和杨全红教授（共同通讯作者），卢青文博士和贺艳兵副教授（共同第一作者）基于开环聚合反应，采用新型的无引发剂的一锅合成法制备强韧致密的3D网络凝胶聚合物电解液（3D-GPE）。该工作以双酚A二缩水甘油醚（DEBA）为支撑框架来提高聚合物网络的机械强度，以聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE）和二氨基聚（环氧丙烷）（DPPO）为交联剂来保证离子能快速传输。3D-GPE兼具高机械强度、柔韧性、热稳定性、高离子导电性等优点，并且其致密结构有利于锂电极上生长均匀的SEI膜，有效抑制锂枝晶的形成。组装的Li/3D-GPE/Li对称电池循环超过900 h仍保持极低和稳定的极化电压。组装的LiFePO4/3D-GPE/Li电池在20 C下容量高达73.0 mAh/g，高于采用液态电解液的电池（52.4 mAh/g），0.3 C下循环200次容量保持率为99.3%。

文献链接：Dendrite-Free, High-Rate, Long-Life Lithium Metal Batteries with a 3D Cross-Linked Network Polymer Electrolyte (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604460)

2、还原氧化石墨烯/多价态氧化锰复合物制备高性能可剪裁及贴片式超级电容器

杨诚教授（通讯作者）等利用液相法合成了二维石墨烯/二氧化锰复合物，通过肼蒸汽还原，一步实现了氧化石墨烯的还原和多价态锰氧化物的生成，制备了rGO/MnO_x复合物。这种材料可适用于传统电极浆料涂布工艺，实现电极浆料的大载量印刷涂布。其高效的自由电子及离子的传输网络、多种价态锰氧化物材料中丰富的电子及离子缺陷、多价态氧化锰和石墨烯的协同作用等极大地优化了材料的电容特性：质量比电容为202 F g^-1(载量为2mg cm^-2)；面积比电容达2.5 F g^-1(载量为19mg cm^-2）；在循环11万5千圈后容量保有率为最初值的106%。此外，其合作者还设计并制备了可裁剪和贴片式超级电容器。以离子液体为电解液、商用活性炭为负极，rGO/MnO_x复合物做正极，采用印刷、电镀、热压等规模化、产业兼容的工艺技术组装非对称式超级电容器。器件的能量密度可达到47.9Wh/kg，功率密度可达到20.8 kW/kg。器件在循环8万次后容量保有率仍为初始值的96%，是目前文献已报道的非水系赝电容器中的最高值。

文献链接： Reduced Graphene Oxide/Mixed-valent Manganese Oxides Composite Electrode for Tailorable and Surface Mountable Supercapacitors with High Capacitance and Super-Long Life. （Energy & Environmental Science, 2017. DOI:  10.1039/C6EE03773A）

3、高性能柔性超级电容器的制备——多层次电极结构设计

康飞宇和徐成俊（共同通讯）团队设计了一种具有多层次结构的柔性电极，使得电化学物质在高含量情况下仍能够相对均匀地分布在整个电极中，因而电极的面积比能量得到大幅提高；此外，制备的电极展现出良好的柔性。具体来说，该电极的多层次结构体现在：（1）采用活性碳纤维布作为柔性基底（活性碳纤维自身是一种优异的双电层电容器材料）；（2）随后在活性碳纤维表面沉积适量聚苯胺纳米颗粒；（3）在碳纤维之间的空间（即远离纤维表面的位置）二次沉积聚苯胺。简言之，将活性物质（活性碳纤维和聚苯胺）“放置”在电极内部三种不同的空间位置上，有效阻碍了活性物质的团聚、并实现了其高负载。

文献链接：Multi Hierarchical Construction-induced Superior Capacitive Performances of Flexible Electrodes for Wearable Energy Storage (Nano Energy，2017，DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.02.031)

4、锂硫电池高倍率长寿命新途径-促进多硫化物转化

杨全红和吕伟老师(共同通讯作者)通过水热法使一个三维分层多孔石墨烯宏观结构与均匀分布的α-Fe₂O₃纳米颗粒复合在一起(标记为Fe-PGM)，并将其设计为锂硫电池中的硫载体。在这种混合结构中，α-Fe₂O₃纳米颗粒不仅能够与多硫化物强烈结合，而且更为重要的是在充放电过程中它们能够转化为不溶性物质，对多硫化锂(LiPSs)的往返运动起到化学屏障的作用，因此与三维分层多孔结构一起促进了电子/离子的快速传递。同时，负极中的Fe-PGM使得电池具有高倍率性能(5 C倍率时电容量为565 mAh/g)和长循环稳定性(在5 C高倍率1000多次循环中，每次循环后电容量仅以0.049%的超低速率衰减)。

文献链接：Propelling polysulfides transformation for high-rate and long-life lithium–sulfur batteries (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.01.040)

5、新型电解液体系电用于锂空气电池

李宝华教授和翟登云副教授（共同通讯作者）、刘如亮博士开发了以N, N'-二甲基丙烯基脲 (DMPU)作为溶剂、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)为添加剂、双三氟甲基磺酰胺亚锂（LiTFSI）作为锂盐的新型电解液体系。该电解液体系中，DMPU具有较低的蒸汽压（b p=246 oC），较强的极性以及较好的溶解锂盐的能力；BHT可以吸附体系中产生的产氧自由基，减缓超氧自由基对电解液的破坏作用。因此，该体系兼具离子电导率高、热稳定性好、抗氧化性强等优点，可以有效的而降低充放电电压差，提高锂氧电池循环稳定性。使用单纯碳纳米管作为正极组装锂氧电池，充电电压降低到0.6V（锂氧电池常规电解液TEGDME为1.4V）。

文献链接：Achieving Low Overpotential Lithium−Oxygen Batteries by Exploiting a New Electrolyte Based on N,N′‑Dimethylpropyleneurea（ACS Energy Lett.，2017, DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00581）

6、 醚类电解液可以优化高比面碳负极的固态电解质界面（SEI膜）从而显著提升其储钠性能

清华-伯克利深圳学院（TBSI）纳米能源材料实验室（Lab 1a）揭示，对于钠离子电池，大的表面积并不是多孔碳首次库伦效率低的唯一原因，电解液也是极其重要的影响因素；将传统的酯类电解液替换为醚类电解液，便可显著提高大比表面积碳（多孔碳和石墨烯等）的首次库伦效率。本文对包括石墨烯在内的三种典型大表面积碳材料在醚类电解液中的储钠行为进行了系统研究，对电解液和电极材料之间形成的界面相——固态电解质界面膜（SEI膜）的化学组分、含量和结构进行了详细解析，发现基于醚类电解液生成的SEI膜具有厚度小、组分均匀、电化学稳定且离子导电率高等优点。研究结果显示，在醚类电解液中，石墨烯负极的可逆比容量和倍率性能都格外优异：在0.1 A/g的电流密度下循环100圈后，可逆比容量接近509 mAh/g；甚至在5 A/g的超大电流密度下，可逆比容量仍可达196 mAh/g。同时，石墨烯负极也显示了极好的循环稳定性，在1 A/g的电流密度下循环1000圈后，容量保持率也可达74.6 %。

文章链接：Achieving superb sodium storage performance on carbon anodes through an ether-derived solid electrolyte interphase（Energy Environ. Sci., 2017,DOI: 10.1039/C6EE03367A ）

注意：

• 2016年数据来源与web of Science，其数据库更新一般滞后两月左右，因此统计信息可能不完善；

• 由于检索规则制定不准确等原因，结果可能与实际情况有偏差；

根据web of science核心数据库统计清华深研院在2016年共发表影响因子10以上的文献16篇，包含NANO ENERGY 8篇、ADVANCED MATERIALS 4篇、ACS NANO 2篇、ADVANCED ENERGY MATERIALS 2篇，其中以第一作者或通讯作者发表14篇。

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