给大家介绍一位大牛，H因子124+，引用5万+，3年4篇Nature/Science正刊！
陆俊，2022年6月，全职回国，任浙江大学讲席教授、博士生导师，研究领域聚焦在高性能正极/负极材料、先进表征技术、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池，下一代电池技术、电池回收等方向，获得发明专利超过20项，以通讯作者/第一作者共发表SCI收录论文超过500篇，其中包括Science、Nature及其子刊Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Catalysis、Nature Review Materials、Nature Communications共计超过60篇，论文总引用数超过50000次，H指数超过123；在2018−2021年连续入选科全球高被引科学家，尤其是2021年在材料科学和化学双学科领域入选，专利超过20项；担任ACS Applied Materials & Interfaces副主编，电化学协会（ECS）电池分部成员，国际电化学能源科学院副委员和董事会委员，荣获电化学能源存储与转换领域内20多项重要奖励，包括全球百大科技研发奖（2019, R&D 100 Award，即美国科技界的“奥斯卡”创新奖）、美国电化学会电池分会技术奖（Battery Division Technology Award, ECS, 2022）、美国化学会能源与燃料部（ENFL）电化学储能杰出研究员奖（2022）、国际电池材料协会（IBA）杰出研究奖（2022）。
下面，我们简要介绍陆俊教授在正负极材料及电池技术等方面的重要成果，供大家学习交流。
正负极材料
1.Nature：抗应变性相干钙钛矿相稳定的富镍阴极
使用最先进的富镍层状氧化物作为锂离子电池的正极材料可以将能量和功率密度推到比目前更高的水平。然而，与各向异性晶格应变和应力有关的体积变化在锂（脱）插层过程中诱发了严重的结构不稳定和正极材料的电化学衰变。从本质上讲，由于锂离子的插入和提取，晶格应变在插入型层状氧化物中是不可能避免的。这种应变主要来自于氧化还原物种的离子半径的变化和氧的库仑斥力。这些各向异性的晶格位移共同产生了晶格应变的积累，并导致不可逆的相变，这被广泛认为是层状氧化物恶化的根源。当电池在高电压（4.5V以上）下工作时，这种情况被进一步放大，这对释放其高能量至关重要。即使经过研究界的许多努力，直接缓解晶格应变的持续积累的内在应变方法仍然难以实现。
为了结果上述问题，浙江大学化学工程与生物工程学院陆俊教授联合吴天品教授通过在层状结构中引入相干的钙钛矿相，作为"铆钉"发挥作用，通过钉住效应大大缓解了有害的结构演变。与传统材料相比，每一次循环中的晶格应变演变都明显减少了近70%，这大大增强了形态的完整性，使电池循环能力的明显改善。这种抗应变的方法拓宽了晶格工程的前景，以释放锂（脱）插层产生的应变，并为开发具有长期耐久性的高能量密度阴极铺平道路。而且这种稳定的材料表现出卓越的电化学性能，可以应用于先进的高能量电池系统。相关成果以“Strain-retardant coherent perovskite phase stabilized Ni-rich cathode”发表在国际顶刊Nature上。第一作者为Liguang Wang和Tongchao Liu。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05238-3
2. AM: 用于水系锌离子电池和超级电容器的超快、耐用和高负载聚合物阳极
由于具有高理论容量（820 mAh g-1和5855 mAh cm-3）、合适的电化学电位（-0.763 V vs 标准氢电极）、低成本和丰富的组分材料，水系锌离子电池（ZIBs）和电容器（ZICs）在电网级能量存储和其他固定应用方面展现出了巨大的潜力。然而，锌金属负极材料面临着枝晶生长和低库仑效率的挑战。
鉴于此，浙江大学陆俊教授联合加拿大阿尔伯塔大学王晓磊教授通过合理设计电极和电解质，开发了一种用于水系锌离子电池和电容器（ZIBs和ZICs）的超快、稳定和高负载的聚合物负极。其中，聚酰亚胺/碳纳米管（CNT）作为复合聚合物负极，所用电解液为1.5 M Zn(OTf)2电解质溶液。优化的组合将使聚合物负极具有低放电电压（0.2-0.4 V vs.Zn2+/Zn）、接近理论的容量（128 mAh g-1，50 mA g-1）、高库伦效率（CE~100%）、超高负载（~50 mg cm-2）、快速充电能力（100 A g-1）以及长达一百万次循环的非凡稳定性。其机制涉及在羰基位点可逆的 Zn2+/质子共储存。当聚合物负极与正极结合用于 ZIB 和 ZIC 应用时，器件表现出超高功率密度和超长寿命，远远超过相应的基于锌金属的器件。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202200077
3. Nat. Commun.：利用Li3PS4有效激活Li2S正极
Li2S不仅可以提供锂离子源，还可以减轻硫电极的体积膨胀问题，被认为是极具潜力的锂硫或硫基锂离子电池正极材料。然而，由于其晶体内的强离子键和形成溶剂化多硫化物的高成核势垒，Li2S正极在首次充电过程中呈现出非常高的初始活化势垒，这使得电池的比容量低和电解质分解，从而导致循环稳定性差。为解决这个问题，研究人员通常采用以下两种策略：1）精心设计纳米尺寸的Li2S复合材料；2）在电解质中添加预溶剂化的氧化还原介体。尽管这两种策略都显著降低了电池的过电势并实现整体性能的提高，但它们也具有明显的缺点。比如，Li2S复合材料通常需要高温合成；加入电解质中的可溶性氧化还原介质将导致严重的内部穿梭；如果电池在组装后没有立即充电，使用预溶剂化的氧化还原介体可能会降低有效性。应对这些挑战的理想解决方案是，使用最初处于休眠状态的氧化还原介体，该介体在电解质湿润过程中保持非活性，在低质量比时有效，与电解质分离，从而不受电解质体积的影响，并且仅在首次充电时才激活已启动。
鉴于此，陆俊教授联合滑铁卢大学陈忠伟教授与河南师范大学白正宇教授，作者利用固态Li3PS4（硫代磷酸锂（LPS））用作氧化还原介体发生器，LPS的氧化分解作为一种电化学“开启”用于活化商用Li2S，降低其首次充电过电位。重要的是，无需球磨或高能处理，通过简单的手工制作含有LPS的Li2S，其充电过电位显著降低。EIS和XANES测试表明在充电开始时LPS分解消失，随后形成硫的高电阻材料。这表明LPS产生的氧化还原介体在Li2S首次充电过程中具有催化作用，即LPS最初脱锂产生了可溶性氧化还原活性产物，活化Li2S。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09638-4
4.PNAS：高能量密度双离子电池
锂离子电池具有能量密度较高，循环寿命长等优点，已广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等各个领域。由于磷酸铁锂具有稳定高、安全性好等优势，因此，我国车用动力电池技术路线中一般采用的是磷酸铁锂为正极材料。随着新能源电动汽车对续航里程需求的逐渐增加，对锂离子电池的能量密度、成本等指标的要求也逐渐提高。然而，磷酸铁锂的比容量只有约140 mAh g-1，而且工作电压范围低（2.5-4.0 V之间），因此，电池能量密度已很难满足电动汽车对更大续航里程的需求。另外，近年来我国车用电池的产量持续增加，造成锂，铁等原材料价格不断上涨，成为锂离子电池成本进一步下降的最大阻碍。
针对以上问题，复旦大学材料科学系青年研究员夏广林联合澳大利亚伍伦贡大学教授郭再萍和美国阿贡国家实验室研究员陆俊采用廉价易得的石墨代替部分商业化正极材料磷酸铁锂，通过简单的机械球磨混合制备工艺，开发了一种基于磷酸铁锂/石墨复合材料的混合电极。类似于传统锂离子电池，在低工作电压下，该混合电极可利用锂离子在磷酸铁锂内的嵌入/脱出反应进行能量储存。其次，与传统摇椅式锂离子电池不同的是，在高工作电压下，电解质中的六氟磷酸根阴离子还可以在石墨内进行可逆的脱嵌/嵌入反应，从而同步提高了电极材料的比容量与工作电压，大幅提高了电池的能量密度。当与商业化的石墨负极组装成全电池后，混合电极的宽电压范围和高容量可将全电池的能量密度提高至约176.7 Wh kg-1，远高于以石墨和磷酸铁锂分别为负极和正极的商业化电池（~100到130 Wh kg-1）。相关成果以“Designing a hybrid electrode toward high energy density with a staged Li+ and PF6− deintercalation/intercalation mechanism”为题发表在PNAS上。
原文链接：
https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.1918442117
5 Nature： 一种用于快速充电的锂离子电池的无序岩盐阳极
锂离子电池具有高能量密度和可再充电的特性，同时由于其安全地充放电以及高速率性能而广泛地应用于电动交通工具等其他应用设备。然而，电流负极的嵌入电势导致能量密度、功率和安全性之间的权衡。富锂无序岩盐（DRS）氧化物是公知的是有前途的负极材料之一，本身的八面体-四面体-八面体途径的渗透网络能够快速锂扩散。尽管DRS形成一些氧化物，但目前还没有研究进一步将锂插入DRS氧化物中以形成负极材料。
美国加州大学圣地亚哥分校刘平教授与Shyue Ping Ong教授，加州大学欧文分校Huolin Xin教授和阿贡国家实验室陆俊研究员为提出了一种新型无序岩盐氧化物Li3+xV2O5负极材料，在0.6 V电压下电极能够可逆地循环两个锂离子。如果使用适当的充电控制，与石墨相比增加的电位降低了锂金属电镀的可能性，缓解了一个主要的安全问题。此外，使用无序岩盐Li3V2O5阳极的锂离子电池产生的电池电压远远高于使用商业快充钛酸锂阳极或其他插层阳极候选物的电池。此外，无序岩盐Li3V2O5可以进行超过1000次的充放电循环，其容量衰减可以忽略不计。无序岩盐Li3V2O5的低电压和高速率能力归功于通过从头计算发现的具有低能量障碍的再分配锂插层机制。这种低电位、高速率的插层反应可用于确定其他金属氧化物阳极，用于快速充电、长寿命的锂离子电池。相关论文以题为“A disordered rock salt anode for fast-charging lithium-ion batteries”发表在Nature上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2637-6
6.Nature Energy：无钴锂电池即将到来
锂电池成本主要飞涨的原因主要是过渡金属（TMs）需求增加有关，特别是钴（Co），它是已广泛使用商业正极材料中的核心元素。目前Co供应的瓶颈对锂电生产产生了负面影响，并激发了研究者对低Co正极材料的研究。高镍层状氧化物正极可以达到较高的容量和能量密度。但直接用Ni替换Co，已被研究人员证实实际上是不可行的。同时由于缺乏对Co与正极容量和结构稳定性影响的基本理解，以及在实际应用中缺乏有效的替代成分，因此目前还正极材料中完全消除Co。
基于以上信息，美国阿贡国家实验室陆俊教授和Khalil Amine教授联合北京大学深圳研究生院潘锋教授系统研究了Co在富钴和锰取代的无钴正极材料中的作用，其中包括富含Co和Mn替代的无Co的阴极。其结果肯定了Co在快速容量和/或结构退化中起着不可否认的作用，并发现Co在高电位下比Ni更具破坏性，这为Co的还原提供了意想不到的前景。此外，无Co正极中的Mn取代有助于晶格氧的稳定和循环过程中不可逆相变的抑制。尽管Mn取代氧化物中的Li/Ni混排增加，但高镍（无Co）正极能够进行高压循环，有效地减轻了Co的破坏性影响有了这些基本发现，作者展示了一系列LiNiαMnβXγO2（X=单一或多种掺杂物）作为无钴阴极的有希望的候选材料。相关研究成果“Understanding Co roles towards developing Co-free Ni-rich cathodes for rechargeable batteries”为题发表在Nature Energy上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41560-021-00776-y
7. Nat. Commun.：表面调节实现高压单晶超高稳定性的锂电池正极
许多研究报道了高镍含量锂镍钴锰氧化物（NCM）电极在高压充电情况下提高了锂离子电池（LIBs）的比容量。然而，截止电压的增加也加重了材料分解并阻碍电池性能。研究人员认为，这些从层状到尖晶石或岩盐相的转变，以及过渡金属（TMs）的迁移/偏析引起了结构重建导致容量衰减。在脱锂过程中，层状氧化物材料可能转变成尖晶石型相，然后转变成完全无序的岩盐型结构，进而抑制了锂离子大扩散。此外，表面TMs的溶解、迁移和偏析进一步恶化了电池的性能。虽然采用掺杂和包覆等一些传统策略已被报道用于抑制阳离子混排并抑制界面反应，但过量的涂料层（>20nm）和不受调控的掺杂策略可能会阻碍Li+的迁移，从而导致差的倍率性能。虽然单晶NCM电极可以消除晶界电阻，但NCM电极本身仍会发生降解，并阻碍了实际应用的进一步改善。在之前的研究中，很少有研究阐明单晶NCM在高压下的衰减机理，理解NCM单晶的结构-性能相关性不仅可以解决上述问题，而且可以为多晶NCM电极的降解机理提供基本的见解，并明确晶界的作用。
基于以上挑战，哈尔滨工业大学王家钧教授，美国阿贡国家实验室陆俊研究员和中国科学院物理研究所苏东研究员使用同步辐射X射线显微镜和X射线纳米断层照相术来研究单晶电池材料中的潜在衰退机制。为了将结构/形态变化与循环性能联系起来，在单晶水平上可视化了长循环过程中的中尺度相分布。实验结果表明，这种在循环过程中从均匀性到非均质性的相变的物理特征，会诱导颗粒裂纹形成，并在单晶的结构稳定性中起主导作用。此外，作者发现采用表面调节方法可以缓解单晶NCM中这种不良的相变并显著提高循环性能，进一步阐明了表面化学，相变和性能之间的关系，同时为合理设计高性能，稳定的分层正极材料提供了新的指导原则。相关研究成果以“Surface regulation enables high stability of single-crystal lithium-ion cathodes at high voltage”为题发表在Nature Communication上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16824-2
8. Nat. Commu.：硫和硫化锂之间过渡的多硫化物的可转换封装
随着电子设备和电动汽车的快速发展，在过去的几十年里，对高能量密度电池的需求显著增加。锂硫（Li-S）电池由于其高理论阴极容量（1675 mAh g-1）和能量密度（2500 Wh kg-1），是取代传统锂离子电池的最有希望的候选者。尽管近几十年来已经取得了重大改进，但仍然存在严重的挑战。最臭名昭著的挑战是，当多硫化锂（LiPS）在放电/充电过程中溶解和扩散到电解质中时，会导致快速的容量衰减和低库伦效率。
基于以上问题，美国阿贡国家实验室陆俊研究员联合南京理工大学朱俊武教授，他们认为，在S-Li2S循环过程中，只有当LiPS存在时，通过电化学方法在电极-电解质界面构建一个可恢复的保护层，将解决这个问题。作者报告了一种使用电解质添加剂构建多硫化物电化学可恢复保护层的方法。添加剂中的掺氮碳点在完全充电状态下保持其在电解液中的 "溶解 "状态，而其中一些在完全放电状态下作为硫化锂生长的活性点发挥作用。当多硫化物存在于硫和硫化锂之间的过渡期时，掺氮碳点会与多硫化物发生高度反应，形成一个固体的、可回收的多硫化物包覆层。这种设计巧妙地避免了结构失效，并有效地抑制了多硫化物的穿梭。硫磺阴极在0.5℃时可提供891 mAh g-1的高可逆容量，库仑效率为99.5%，在2℃时循环稳定性可达1000次。相关成果以“Switchable encapsulation of polysulfides in the transition between sulfur and lithium sulfide”为题发表在Nature Communication上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14686-2
电池机理
9 Nature：破解锂电池衰减机理，解释了富锂层氧化物降解机理
能源存储技术发展至今，针对不同的领域、不同的需求，人们已提出和开发了多种储能技术来满足应用。全球储能技术主要有物理储能、化学储能、电磁储能和相变储能等几类。相比较而言，锂离子电池储能则是目前储能产品开发中最可行的技术路线。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长、没有环境污染等优点，许多商用锂离子电池依赖于包含过渡金属、氧和锂的交替层的阴极。在充电和放电过程中，锂离子在正极的锂层中扩散进出，以储存和释放电荷。这不可避免地会改变材料的晶体结构，影响其稳定性和电化学性能。一种可能的电池故障机制被认为与层状氧化物阴极释放氧气有关。这个问题在富锂和富锰(LMR)层状正极材料中尤为明显，它们会经历快速的电压衰减。然而，这些低成本材料还提供了远远超过商业阴极的高能量密度。尽管研究人员已尝试使用掺杂或涂层等策略来增强LMR阴极的晶格氧稳定性，但他们取得的成功有限。
鉴于此，陆俊教授、北京大学潘锋教授以及阿贡国家实验室Khalil Amine教授联手利用原位纳米级敏感的相干X射线衍射成像技术，揭示了在电池运行过程中纳米应变和晶格位移不断累积。有证据表明，这种效应是结构退化和氧损失的驱动力，这会引发众所周知的LMR阴极中的快速电压衰减。通过进行跨越原子结构、初级粒子、多粒子和电极水平的微观到宏观长度表征，作者证明了LMR阴极的异质性不可避免地会导致有害的相位移/应变，这是常规掺杂或涂层无法消除的方法。因此，作者建议将介观结构设计作为减轻晶格位移和不均匀电化学/结构演变的策略，从而实现稳定的电压和容量曲线。这些发现突出了晶格应变/位移在引起电压衰减方面的重要性，并将激发一波努力来释放LMR正极材料大规模商业化的潜力。相关研究成果以题为“Origin of structural degradation in Li-rich layered oxide cathode”发表在国际顶刊《Nature》上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04689-y
10.Nature Sustainability：可持续水性锌锰电池的插层化学
由于其低成本、高安全性和优秀的性能，水系锌充电电池是一种新兴的可持续的电网级能源储存系统。在阴极材料方面，氧化锰因其易可加工性、丰富性和环境优势而特别有吸引力。α-二氧化锰是一种常见的阴极材料，其晶体结构为相互连接的八面体，形成一维的1×1和2×2孔道，以促进可逆离子的插入/抽取，研究人员为了解其电荷储存机制作出了大量的研究工作。然而，当它与温和的酸性电解质中的锌阳极结合时，其工作机制仍有争议。因此，通过追踪单个二氧化锰颗粒的精确组成和结构，最好是追踪到原子水平，来阐明该系统的电荷储存机制是很重要的。
为了填补这一空白，温州大学何坤课题组联合伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar、巴斯大学M. Saiful Islam和阿贡国家实验室陆俊等人报告了一项关于可充电水系Zn-MnO2电池的原子级电子显微镜、电化学和建模的综合研究。原子结构成像显示，Zn2+插层进入α-MnO2晶格的可能性极低，但可逆的H+插层在这个过程中占主导地位。此外，实验过程中还发现单个MnO2纳米线内的结构不均匀，显示出表面区域的孔道由于H+的摄取并明显扭曲，具有高度的各向异性。模拟实验验证了实验结果，并提供了额外的原子洞察力，进一步推进了对该电池系统的基本理解。相关成果以“Understanding intercalation chemistry for sustainable aqueous zinc–manganese dioxide batteries”为题发表在《Nature sustainability》上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41893-022-00919-3
11. Nature Energy：使“死锂”复活！
“死锂”是电池中的非活性锂，主要有两种形态：SEI中的锂离子，与电极脱离接触失去导电通路的金属态锂。“死锂”是金属锂负极与电解液持续副反应以及金属锂不可控沉积/溶解的产物，与金属锂电池普遍存在的性能衰减问题密不可分。然而，迄今为止，“死锂”形成的微观机制尚不明确，如何有效解决“死锂”难题存在非常大的挑战。
基于以上挑战，浙江工业大学陶新永教授团队与美国阿贡国家实验室陆俊教授合作，借助冷冻透射电子显微镜技术（cryo-TEM）定量化研究了SEI膜的化学成分，揭示了SEI膜碎片（死SEI）与金属“死锂”之间的关联。作者量化了固体电解质间的成分，并确定它们与电隔离的死金属锂的形成的关系。并提出了一种基于一系列主要涉及I3-/I-的碘氧化还原反应的锂修复方法。使用生物炭胶囊作为碘的宿主，作者表明I3-/I-的氧化还原反应是自发进行的，有效地使死锂恢复活力以补偿锂的损失。通过这种设计，使用非常有限的锂金属阳极的全电池表现出1000次循环的出色寿命，库仑效率高达99.9%。相关成果以“Rejuvenating dead lithium supply in lithium metal anodes by iodine redox”为题发表在Nature Energy上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41560-021-00789-7
12. JACS：富锂层状正极中锰活化引起的结构畸变
开发具有更高能量密度的锂离子电池（LIBs）仍然是持续商业化的动力。迄今为止，许多已开发的正极材料均显示出阻碍高能量密度且无法满足下一代电池要求的能力。然而，最近的研究表明，能够同时进行阳离子和阴离子氧化还原的正极材料有望在商用电池中得到应用。事实证明，添加阴离子氧化还原化学物质可提高富锂层状结构正极材料的容量，其中O原子可以充当氧化还原中心。不幸的是，尽管阴离子氧化还原有助于提升容量，但电化学动力学缓慢和结构不稳定性均与阴离子氧化还原有关。这些影响在初始充电/放电循环中尤为突出，并可导致不可逆的电压衰减。在过去的十年中，人们付出了巨大的努力来探讨容量增加的奥秘。当充电至不同电压时，NMC和类Li2MnO3-结构域的独特反应活性也可能影响并促进这些区域中的独特相变。将这些层状氧化物结构中观察到的容量增加与TM氧化还原所需的电化学电压进行识别和关联可以帮助促进对阳离子和阴离子氧化还原的理解。先前的研究缺乏空间分辨信息的平均分析或表面探测技术。考虑到富锂正极的非均相性，这不足以阐明其真实的氧化还原行为。因此，需要利用局域和平均结构探测的先进技术来识别TM氧化还原的基本性质，尤其是在Mn域中。
基于以上基础，哈尔滨工业大学王家钧教授、左朋建教授联合陆俊教授、美国布鲁克海文国家实验室Jun Wang等人，对Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2（LR-NCM）的电化学反应机理进行了系统的研究，使用同步辐射X-射线技术在体相和单个粒子水平上提供了局部信息、结构应变和化学演变。初步观察证实，在这些富锂层状氧化物中存在独特的TM（Ni和Mn）氧化还原机制。即使在充电/放电至高达4.8 V的电压期间，发现具有NMC的区域也会发生可逆的氧化还原反应。然而，在类似Li2MnO3的结构域中，Mn离子在放电过程中被活化，其会引起结构应变并在Li2MnO3相变过程中提供局域位移。这些对Mn氧化还原的见解阐明了LR-NCM中结构不稳定性的根本原因，并有助于电池设计。相关研究结果以题为“Structural distortion induced by manganeseactivation in lithium-rich layered cathode”发表在国际顶级期刊JACS上。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05498
应用
13. Nature Energy：金属-分子耦合体系用于硝酸盐电还原制铵
氨(NH3)是氮肥生产的基本原料，对国家粮食安全至关重要。近一个世纪以来，氨的规模化生产主要依赖于能量密集型且需消耗大量化石燃料的Haber-Bosch工艺。作为一种绿色环保的替代方法，利用可持续能源驱动的电化学低温合成策略近年来引起了学者们的研究兴趣。目前，电化学合成氨的研究主要以氮气为原料，尽管经过多年的发展，其能量利用率仍然非常低，且其氨产率比Haber-Bosch工艺低2~3个数量级。除了极难活化的N≡N键外，氮气在水中的超低溶解度也是性能难以提升的关键问题之一
基于以上问题，华南理工大学王海辉教授团队联合美国阿贡国家实验室陆俊教授在常温常压电化学合成氨领域取得进展：该团队提出了电驱动硝酸盐还原合成氨的策略。作者报告了在铜耦合的结晶3,4,9,10-苝四羧酸二酐的催化下，将硝酸盐直接电还原为NH3的八电子反应。该催化剂表现出436 ± 85 μg h-1 cm-2的NH3生产速率和在-0.4 V相对于可逆氢电极的最大Faradaic效率85.9%。这种显著的性能是通过催化剂调节质子和/或电子向铜中心的转移并抑制产氢而实现的。相关成果以“Electrochemical reduction of nitrate to ammonia via direct eight-electron transfer using a copper–molecular solid catalyst”为题发表在Nature Energy上。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0654-1
14. Angew：晶体生长引导制备分层多孔MOF
金属有机骨架（MOF）由于其非凡的化学和物理特性而备受关注。它们在气体分离、非均相催化、药物递送、能量存储等应用中显示出巨大的潜力。但是，由于大多数MOF都局限于微孔状态（<2 nm），因此它们通常都会遭遇客体分子在MOF孔道中传输缓慢甚至难以进入等问题，这不仅会降低了分离和反应过程的效率，还会进一步限制MOF与其他功能大分子的复合。为了解决这些问题，一种较为普遍的方法就是构造具有多级孔结构的MOF（HP-MOF），使MOF在保持微孔特质的同时通过介孔/大孔的引入克服微孔的局限性。目前已经开发了许多种方法，包括配体交换，缺陷构造，模板法，超临界流体合成等。然而由于MOF的合成母液几乎都是由具有双亲性的有机溶剂组成，导致大都数表面活性剂都很难在其中形成稳定的胶束，同时由于MOF前驱体的带电性，通常只有少数几种离子型或两性的表面活性剂被认为可以用于制备HP-MOF。与此同时，由于模板法合成过程中的机理尚不明确，导致很多研究者即使采用相同的表面活性剂和MOF也难以得到一致的结果，因此亟需展开系统的研究。
因此，南京工业大学张所瀛博士、霍峰蔚教授联合美国阿贡国家实验室陆俊研究员提出了一种新的晶体生长过程控制的多级孔成孔机理并利用非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为模板，成功制备了系列具有多级孔结构的MOF材料（HP-MOF）。作者将MOF晶体生长的过程分为单体生长和单体聚集过程，传统的方法都希望表面活性剂分子直接参与单体生长甚至晶体成核的过程，因此强调表面活性剂分子与MOF前驱体的强相互作用。然而作者发现当MOF晶体生长由单体聚集控制时，胶束或聚合物的聚集体可以在晶体生长过程中轻松被捕获，同时由于非离子型胶束和聚集体与MOF的无强相互作用，这些捕获的聚集体在MOF的生长过程中就能成功逃脱，因此该过程无需采用脱模板过程就能制备高孔容的多级孔MOF。与此同时，由于捕获的聚集体尺寸直接受到单体聚集尺寸的影响从而导致MOF中的多级孔沿径向成有序的分布状态。。由于HP-MOF不仅暴露了更多的活性位点而且加快了反应物的传质过程，其在苯乙烯氧化中表现出了优异的催化活性。该成果以题为“Crystal-growth-dominated fabrication of metal-organic frameworks with orderly distributed hierarchical porosity”发表在化学著名期刊Angew. Chem. Int. Ed上。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.201912972
前瞻性文章
15. Science： 锂电池中的钴
钴在锂离子电池（LIBs）中的使用可以追溯到著名的钴酸锂（LCO）正极，它在整个充电循环过程中具有高导电性和稳定的结构稳定性。与其他过渡金属相比，钴的储量较少，价格较高，而且由于它在非洲的开采方式，还带来了政治和道德问题。已经开发出了更便宜的阴极，用镍和锰代替部分钴，LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA）和LiNi1-x-y CoxMnyO2（NMC，其中x和y<1）被用于大多数电动汽车的LIBs中。尽管如此，在NCA和NMC中，钴能够实现高速性能，并在一定程度上提高了循环稳定性。阿贡国家实验室陆俊研究员和Matthew Li以“Cobalt in lithium-ion batteries”为题在顶刊Science上发表前瞻性文章。此文章可以进一步减少甚至消除锂离子电池中钴含量的研究工作，以降低其成本，同时保持高性能。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aba9168
除了上述成果，陆俊教授团队还发表过几篇综述文章。限于篇幅，在次不一一列举，有兴趣的读者可以点击下方链接，自行学习。
16. Nature reviews materials 非水性多价离子和单价离子电池阳极的设计策略
目前的电池技术无法跟上工业的性能要求，这推动了电化学的发展。具体而言，电池的负极，即阳极，提出了许多独特的化学、物理和工程挑战。锂基电池技术在过去十年中一直占主导地位，但对地壳中有限的锂供应的担忧导致研究人员将目光投向替代的金属离子技术。各种碱金属（如钠和钾）和碱土金属（如镁和钙）已经吸引了大量的研究兴趣。美国阿贡国家实验室陆俊研究员联合Khalil Amine教授和天津大学Cheng Zhong教授在Nature reviews materials上以“Design strategies for nonaqueous multivalent-ion and monovalent-ion battery anodes”为题发表综述。在这篇综述中，作者以一种连贯的方式分析这些技术，解决每一种类型的阳极的问题，而不是特定类型的金属离子电池的问题。涵盖了直接金属电镀和剥离、基于插层、基于合金和基于转换反应的阳极技术，这一分析将为读者提供对不同金属离子阳极行为的全面理解，以及通过在这些不同系统之间转移知识可以学到什么。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0166-4