全面盘点！麦立强教授2022年成果精选！

人物简介

麦立强，武汉理工大学材料学科首席教授，博士生导师，教育部“长江学者特聘教授”，国家杰出青年基金获得者，国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”首席科学家，国家重点研发计划“纳米科技”重点专项总体专家组成员。目前担任武汉理工大学材料科学与工程学院院长，武汉理工大学纳米重点实验室主任。

曾获得/入选：何梁何利基金科学与技术创新奖（2020）、中国发明协会发明创新奖（一等奖，2020）、国家自然科学二等奖（排名第一，2019）、教育部自然科学一等奖（排名第一，2019）、国际电化学杰出研究奖（2018）、中国青年科技奖（2016）、国家“万人计划”领军人才（2016）、侯德榜化工科技青年奖（2016）、国家“百千万人才工程”（2015）、第十一届光华工程科技青年奖（2015）、湖北青年五四奖章（2015）、科技部创新推进计划中青年科技创新领军人才（2014）、湖北省自然科学一等奖（2014）、科学中国人年度人物（2014）、教育部新世纪优秀人才支持计划（2011）等。

麦老师团队主要从事纳米能源材料与器件领域的研究，包括新能源材料、微纳器件、面向能源的生物纳电子界面等前沿方向。率先将纳米器件应用于电化学储能研究，重点开展了纳米电极材料可控生长、性能调控、器件组装、原位表征、电输运与储能等系统性的基础研究，取得了一系列国际认可的创新性成果。在Nature、Nature Nanotechnol.、Chem. Soc. Rev.、Chem. Rev.、Nature Commun.、Adv. Mater.、PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.、Joule、Energy Environ. Sci.等国际著名期刊上发表论文400余篇，被引超5.5万次，H指数126。

现任国际期刊Journal of Energy Storage副主编、Chemical Reviews、Advanced Materials客座编辑、Accounts of Chemical Research、Joule（Cell子刊）、ACS Energy Letters、Small、Science China Materials、Energy Environmental & Materials、Advanced Electronic Materials国际编委、Nano Research编辑、《功能材料》编委、中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事、中国化学会能源分会首届委员。

个人主页：

http://sklwut.whut.edu.cn/rcdw/yjry/202009/t20200906_878599.shtml

下面我们汇总了麦立强教授团队2022年的部分研究成果，分享学习！

Angew：通过深共晶溶剂全面调控水分子实现超稳定锌金属负极

腐蚀、寄生反应和枝晶生长的加剧严重地限制了水系锌离子电池的发展。武汉理工大学麦立强教授、韩春华教授、王选朋博士等报告了一种新的策略，打破了水分子之间的氢键网络，并构建了磺酸盐-H₂O深共晶溶剂。这种策略切断了质子/氢氧化物的转移，抑制了H₂O的活性，这反映在更低的冰点（<−80°C）、显著更大的电化学稳定窗口（>3 V）以及抑制的电解质中的蒸发水。因此，获得了超过9600小时的稳定的锌沉积/剥离。此外，基于实验表征和理论模拟，这项工作证明了硅烷可以有效地调节溶剂化壳，同时构建多功能的锌-电解液界面。最后，多层自制模块电池和1.32Ah软包电池进一步证实了其实际应用的前景。

Comprehensive H2O Molecules Regulation via Deep Eutectic Solvents for Ultra-Stable Zinc Metal Anode. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202215552

ACS Nano：通过两性甘氨酸调控界面化学实现高可逆锌负极

锌金属在水系电解液中具有热力学上的不稳定性，在沉积过程中甚至在搁置期间会诱发界面上的枝晶生长和持续的寄生反应，从而导致电池迅速失效，阻碍了水系锌离子电池的实际应用。

武汉理工大学麦立强教授、安琴友教授等利用甘氨酸这种常见的多功能添加剂来调控溶剂化鞘结构，增强界面稳定性，以保障锌负极的可逆性和稳定性。研究发现，除了在Zn²⁺[H2O]₅·OSO₃^2-复合物的接触离子对中部分取代原有的SO₄^2-以抑制界面上Zn₄(OH)₆SO₄·xH₂O副产物的形成外，甘氨酸分子还可以在搁置时在锌金属表面形成贫水电双层，并在循环期间进一步还原以原位构建富含ZnS的固体电解质界面（SEI）层，这进一步抑制了整个过程中的副反应和锌枝晶的随机生长。正如预期的那样，在含甘氨酸的电解液中，对称电池的循环寿命达到3200小时以上。此外，Zn/NVO全电池在5 A g^-1的条件下显示出3000次循环的优异稳定性。鉴于甘氨酸的低成本优势，所提出的界面化学调控策略在促进水系电池的商业化进程方面显示出相当大的潜力。

Interfacial Chemistry Modulation via Amphoteric Glycine for a Highly Reversible Zinc Anode. ACS Nano 2022-12-16. DOI: 10.1021/acsnano.2c09317

AFM：具有增强插层赝电容的镁掺杂NFPP/C助力超稳定/高倍率钠电

Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)(NFPP)由于其低成本、无毒性和高结构稳定性，被认为是一种有前景的钠离子电池(SIB)的正极材料，但其电化学性能因差电子传导性而受到限制。

武汉理工大学麦立强教授、安琴友教授等提出了镁掺杂的NFPP/C复合材料作为SIB的正极材料。受益于Mg掺杂带来的增强的电化学动力学和插层赝电容，最佳的Mg掺杂NFPP/C复合材料（NFPP-Mg5%）提供了高的倍率性能（20 A g^-1时容量≈40 mAh g^-1）和超长的循环寿命（5 A g^-1时循环14000次后容量保持率为80.8%）。此外，原位X射线衍射和其他表征显示，NFPP-Mg5%的储钠过程是由插层赝电容机制主导的。基于NFPP-Mg5%正极和硬碳负极的全SIB在500 mA g^-1下循环200次后表现出≈50 mAh g^-1的放电容量。总体而言，这项研究证明了通过掺杂策略提高NFPP电化学性能的可行性，并提出了一种低成本、超稳定和高倍率SIB正极材料。

Mg-Doped Na4Fe3(PO4)2(P2O7)/C Composite with Enhanced Intercalation Pseudocapacitance for Ultra-Stable and High-Rate Sodium-Ion Storage. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211257

NSR：锯齿状LiF纳米纤维编织的夹层使锂金属电池的锂沉积均匀化

不可控的锂枝晶形成已成为高能可充锂电池中锂金属负极实际应用的最大障碍。武汉理工大学麦立强教授、安琴友教授等设计了一种独特的由毫米级、单晶和锯齿状LiF纳米纤维（NFs）编织的LiF夹层，以实现无枝晶和高效的锂金属沉积。这种高导电性的LiF夹层可以增加Li⁺迁移数，并诱导形成”LiF-NFs-rich”固体电解质界面（SEI）。

在”富含LiF-NFs”的SEI中，超长的LiF纳米纤维提供了一个连续的界面Li⁺传输路径，此外，在锂金属和SEI薄膜之间形成的Li-LiF界面使锂的成核和Li⁺迁移的能量障碍降低，促进了均匀的锂电镀和剥离过程。因此，Li/Li对称电池在4 mAh cm^-2的条件下可以实现1600小时的稳定充放电，高负载Li//rGO-S电池在17.9 mA cm^-2的条件下可以实现5.65 mAh cm^-2高面容量的400次稳定循环。总之，自支撑LiF-NFs夹层在商业锂电池中表现出卓越的优势，并显示出扩大固态锂电池应用的巨大潜力。

Serrated lithium fluoride nanofibers-woven interlayer enables uniform lithium deposition for lithium metal batteries. National Science Review 2022. DOI: 10.1093/nsr/nwac183

ACS Energy Lett.：空间分子组合效应使准固态超快自修复电解质成为可能

准固态锌金属电池由于其固有的安全性和高能量密度，在下一代电池中显示出巨大的潜力。然而，静态的准固态电解质表面和动态的Zn负极体积变化之间的不匹配将导致劣质的界面接触，这严重阻碍了Zn基电池的发展。

武汉理工大学麦立强教授、徐林教授等提出了一种独特的空间分子结合策略，以设计一种超快的自修复电解质来构建一个动态的自适应界面。理论模拟和实验特征揭示了空间分子梳理效应，它通过抑制分子内旋转来梳理和拉直瓜尔胶的分子链。同时，拉伸的分子链暴露出更多的醇羟基活性位点，使超快自愈的电解质能够快速动态交联。因此，全电池显示出10000次循环的超长循环寿命和98.5%的容量保持率，并且在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2时分别实现了稳定的锌剥离/沉积，这推动了下一代高性能锌离子电池的发展。

Steric Molecular Combing Effect Enables Ultrafast Self-Healing Electrolyte in Quasi-Solid-State Zinc-Ion Batteries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01459

Angew：具有独特溶剂化结构的共晶电解质助力高性能锌离子电池

锌离子电池（ZIB）由于低成本、高安全性，在储能方面有很大的潜力。然而，差稳定性、枝晶生长和狭窄的电化学窗口限制了其实际应用。

武汉理工大学麦立强教授、周亮教授等开发了一种由乙二醇（EG）和氯化锌组成的新共晶电解质，以用于无枝晶和长寿命的ZIBs。EG分子通过配位和氢键相互作用参与了Zn²⁺的溶剂化。优化ZnCl₂/EG的摩尔比（1 : 4）可以加强分子间的相互作用，形成[ZnCl(EG)]⁺和[ZnCl(EG)₂]⁺阳离子。这些复合阳离子的解离-还原作用使锌负极上形成了富含Cl的有机-无机混合固体电解质相间膜，实现了高可逆的锌沉积/剥离，长期稳定性达到≈3200小时。此外，聚苯胺||锌电池表现出良好的循环性能，经过10000次循环后容量保持率达到≈78%，软包电池也表现出高安全性和稳定的容量。总体而言，这项工作为开发高安全性和实用ZIBs的共晶电解质开辟了一条途径。

Eutectic Electrolyte with Unique Solvation Structure for High-Performance Zinc-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202206717

AEM：分层自组装MOF网络实现连续离子传输和高机械强度

复合固态电解质引起了人们的极大兴趣，因为它们克服了单组分固态电解质的缺陷。然而，随机分布的粉末造成的不连续离子传输和薄弱的机械支持导致了低劣的离子传导性和糟糕的机械强度。

武汉理工大学麦立强教授、徐林教授等设计了一个分层自组装的金属有机框架（MOF）网络，为复合聚合物电解质提供了连续的离子传输和机械支持。这种独特的结构是通过沿着一维聚酰亚胺纤维构建有序的MOF纳米晶体来实现的，它可以在微米尺度上为锂离子提供连续的线性通道，并且一维 MOF纤维相互连接形成一个整体的三维网络以在体相复合电解质中连续传输Li⁺。同时，MOF纳米晶体中的亚纳米孔隙和路易斯酸位点可以作为离子筛选择性地限制较大阴离子的移动，并促进Li⁺的传输。此外，MOF和聚酰亚胺之间的强键接关系结合聚酰亚胺骨架的坚固性赋予了MOF网络高的机械强度和柔性。因此，由此产生的复合电解质具有高的离子传导性和理想的机械强度。这项工作表明，通过自组装策略将粉末从无序到有序的合理空间排列，可以为复合固态电解质和固态锂电池产生新的性能。

Hierarchically Self-Assembled MOF Network Enables Continuous Ion Transport and High Mechanical Strength. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200501

AM：大尺寸集成的偏硅酸锌界面层诱导均匀的Zn沉积

电解液-负极界面的不均匀电场分布以及相关的锌枝晶生长是限制水系锌离子电池寿命最关键的障碍之一。

武汉理工大学麦立强教授、韩春华教授、郑州大学刘熊博士等开发了具有薄而均匀厚度、多孔性和亲水性的新型Zn-A-O（A=Si，Ti）界面层，以实现均匀而平滑的锌沉积。对于锌箔上的ZnSiO₃纳米片阵列（Zn@ZSO），其形成遵循”蚀刻-成核-生长”机制，在基于低温湿化学的一锅法合成，几何面积高达1000 cm²。研究显示，在ZSO层结构优势的引导下，Zn²⁺通量得到均衡。因此，除了超低的极化，采用Zn@ZSO负极的对称电池和与高质量负载K_0.27MnO₂·0.54H₂O（8 mg cm^-2）正极结合的全电池的寿命增加了3-7倍。此外，Zn@ZSO箔的大尺寸制备支持了具有高性能的0.5Ah多层软包电池，这进一步证实了其实际应用的前景。

Large-Scale Integration of a Zinc Metasilicate Interface Layer Guiding Well-Regulated Zn Deposition. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202188

ACS Energy Lett.：两性双功能层助力高可逆锌负极

锌金属负极存在着严重的枝晶问题和不利的副产物，这限制了锌离子电池的实际应用。

武汉理工大学麦立强教授、徐林教授等设计了一种双功能的聚两性离子液体（PZIL）作为新型离子迁移层，以抑制Zn枝晶和副反应。一方面，PZIL层上的两性离子功能团可引导锌离子的分布，以调节锌的沉积行为。另一方面，两性离子基团和水分子之间的紧密结合可以在锌阳极的表面构建一个H₂O贫乏的界面，以避免发生副反应。因此，基于上述两种功能，基于PZIL层修饰的Zn的对称电池表现出稳定的沉积/剥离性能（在1 mA cm^-2下2600小时）和低可逆沉积电位（∼50 mV）。总体而言，两性离子双功能层的概念将为锌离子电池以及其他电池系统的可逆负极开辟一条新的途径。

Zwitterionic Bifunctional Layer for Reversible Zn Anode. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00124

Adv. Sci.：异质结构的电子结构调制诱导储锂的快速电子/离子扩散动力学

过渡金属氧化物（TMOs）被认为是锂离子电池（LIBs）中潜在的负极材料。然而，包括大体积变化和差导电性在内的缺点阻碍了这些材料满足实际应用的需要。精心设计的介孔纳米结构和电子结构调控可以增强电子/锂离子扩散动力学。

武汉理工大学麦立强教授、安琴友教授等通过一步磷化工艺获得了由均匀纳米颗粒组成的独特介孔二氧化钼/磷化钼异质结构纳米带（介孔MoO₂/MoP-NBs）。通过在线X射线衍射、非原位透射电子显微镜和动力学分析，这项工作系统地研究了介孔MoO₂/MoP-NBs的详细锂存储机制（MoP的固溶反应和MoO₂的部分转化）、晶体结构的小变化率和快速电子/离子扩散行为。研究显示，介孔MoO₂/MoP-NBs在锂离子嵌入/脱出过程中表现出更多的电子态和较小的晶体结构参数变化，表明高的电子电导率和优异的结构稳定性。得益于协同效应，介电MoO₂/MoP-NBs表现出显著的循环性能（在1 A g⁻¹下经过1000次循环后为515 mAh g⁻¹）和优异的倍率性能（在8 A g⁻¹下为291 mAh g^–1）。这些发现可以揭示异质结构中电子/离子调控的行为，并为开发高性能锂离子存储材料提供了一条潜在的途径。

Electronic Structure Modulation in MoO2/MoP Heterostructure to Induce Fast Electronic/Ionic Diffusion Kinetics for Lithium Storage. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202104504

AEM：非水钾离子电池用应变-弛豫红磷自支撑负极

红磷（RP）作为钾离子电池（KIBs）的一种有前景的负极，由于其高理论容量、低氧化还原电位和丰富的自然资源而受到广泛关注。然而，RP表现出严重的容量衰减和快速的结构退化，这是由巨大的体积膨胀和较差的电子传导造成的。

武汉理工大学麦立强教授、吴劲松教授、罗雯副教授等通过将受限的无定形RP封装在三维互连的硫/氮共掺碳纳米纤维中（RP@S-N-CNFs）报道了一种体积应变-弛豫电极结构。原位透射电子显微镜和相应的化学-机械模拟揭示了N、S碳基质的优良结构完整性和坚固性。结果，作为KIBs的自支撑负极，RP@S-N-CNFs电极表现出超高的可逆容量（在0.1A g^-1的条件下经过100次循环后为566.7 mAh g^-1）和非凡的耐久性（在2 A g^-1的条件下经过2000次循环后为282 mAh g^-1）。此外，通过原位表征和密度泛函理论计算，作者证明了高可逆的单电子转移机制，其最终放电产物为KP，并且动力学速度更快。这项工作为下一代高性能KIBs的大体积变化型负极的合理设计提供了启示。

A Strain-Relaxation Red Phosphorus Freestanding Anode for Non-Aqueous Potassium Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103343

Nano Energy：通过双金属位点调节实现多硫化物的连续有效转化和定向沉积

可溶性（多）硫化物的溶解和积累导致的穿梭效应严重影响了锂硫（Li-S）电池的反应过程和循环性能。最有效的策略之一是进行隔膜改性，但隔膜改性层的吸附和催化机制会导致多硫化物的不连续转化和活性物质的损失。

武汉理工大学麦立强教授、许絮副教授、常刚刚副教授等首次通过一种新方法制备了2D双金属中心Zn/Co-ZIF纳米片来解决这一悬而未决的问题。通过调节金属中心位置，ZIF纳米片转化（多）硫化物的能力大大提高。此外，基于ZIF改性层和正极之间的导电性差异，实现了锂（多）硫化物在正极的连续有效转化和定向沉积。因此，采用功能隔膜组装的Li-S电池在0.5C时可提供高达1304 mAh g⁻¹的初始容量，在3C时可达到788 mAh g^–1的优异倍率性能。即使在2C的电流密度下，1000次循环中每圈的容量衰减率也仅为0.025%。总体而言，这项工作极大地促进了MOF材料的制备及其在Li-S电池中的应用，并将进一步为改性层和正极设计提供新的思路。

The continuous efficient conversion and directional deposition of lithium (poly)sulfides enabled by bimetallic site regulation. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107332

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