汇总：一起回顾崔屹和他的团队的研究发展历程

人物简介：

1998年在中国科学技术大学获理学学士学位， 2002年在哈佛大学获得博士学位（导师Charles Lieber），期间发表文章包括4篇science，1篇nature，2003年-2005年在加州大学伯克利分校从事博士后研究（导师Paul Alivisatos），并于2005年加盟斯坦福大学，现为斯坦福大学材料科学与工程系教授。现任Nano Letters副主编、美国湾区太阳能光伏联盟（Bay Area Photovoltaics Consortium）主任以及美国电池500联盟（Battery500 Consortium）主任。Yi Cui教授是当今世界知名的材料科学家，主要研究领域集中在能源存储、纳米显微技术、纳米环保技术、纳米生物技术、先进材料的合成与制造等等，以纳米技术为核心，多学科交叉，多方向并进是崔屹教授课题组研究的重要特点，在纳米材料研究取得了很多开创性的成就，在Science、Nature系列等高水平杂志上共发表近400篇研究论文，H-Index（H因子）155，总引用高达10万余次。授权国际专利40余件，并获得一系列奖项，包括2017年度布拉瓦尼克青年科学家奖，2015年MRS Kavli Distinguished Lectureship in Nanoscience, Resonate Award for Sustainability，2014年Nano Energy奖、2014年Blavatnik（布拉瓦尼克）国家奖入围奖、2013年IUPCA（国际理论化学与应用化学联合会）新材料及合成杰出奖、2011年哈佛大学威尔逊奖、2010年斯隆研究基金、2008年KAUST研究奖、2008年ONR年轻发明家奖、2007年MDV创新奖等，2004年入选“世界顶尖100名青年发明家”。Yi Cui教授还是一位创业家。9年前，他创办了第一家公司安普瑞斯（Amprius），生产硅负极高能锂电池；2015年，他和诺奖得主、美国前能源部部长朱棣文教授共同创办了4CAir公司，生产雾霾过滤产品。（资料收集于网络）

下面整理了近年来崔屹和他的研究团队的研究成果，方便大家全面了解研究进展。

发表的论文：

1.Science Advances：3D锂负极的稳定界面设计

在美国斯坦福大学崔屹教授（通讯作者）带领下，与博世北美研究与技术中心和美国SLAC国家加速器实验室合作，设计并开发了一种使用ALD涂层空心碳球（HCS）的新型3D电极。微孔碳壳用作坚固的框架来限制电化学锂沉积。与团队之前的研究相比，薄ALD涂层密封了HCS的微孔，以防止电解液接触锂并使有缺陷的HCS表面失活。通过这种设计，液体电解液仅接触ALD Al₂O₃/HCS 的外表面并且不能穿透空心球。因此，在循环时SEI仅在ALD涂覆的HCS的外侧形成。在锂沉积期间，锂离子穿透外部Al₂O₃/C壳，并在空心球内沉积。在醚基电解液中实现了超过500圈循环，库仑效率高达99％，这在类似测试条件下优于大多数先前的工作。相关成果以题为“Engineering stable interfaces for three-dimensional lithium metal anodes”发表在Science Advances上。

文献链接：Engineering stable interfaces for three-dimensional lithium metal anodes（Science Advances,2018,DOI：10.1126/sciadv.aat5168）

2.Nat. Catalysis：三相界面上高效的电催化CO2还原

在美国斯坦福大学崔屹教授（通讯作者）带领下，与朱棣文教授合作，提出了一种模仿哺乳动物肺的气体扩散设计策略：模拟哺乳动物通过肺将O₂从人体外的空气输送到体内。肺泡直径约200μm，由超薄上皮细胞膜（约1μm厚）包围，具有高透气性和低水透过性。在人体肺循环期间，气体可以迅速穿透这些多层膜，在肺泡和毛细血管之间进行交换，同时液体保持分离。红细胞中的血红蛋白结合O₂起到催化剂的作用。从血液释放到体外的CO₂遵循相反的路径。基于肺泡的工作机理，崔屹教授团队开发了一种双层袋状人工肺泡结构，由高度柔性的超薄纳米多孔聚乙烯（nanoPE）膜构成，膜一侧镀有非常薄的一层金纳米催化剂(~20nm)。利用纳米聚乙烯的疏水性，这种人造肺泡结构可在三相界面处提供大量催化活性位点，并在双层膜间实现局部pH调节。受益于这种设计，电化学CO₂RR在-0.6V(vs. RHE)，实现了~92％的优异的CO产生法拉第效率（FE_CO）和~25.5mA cm^-2的CO产生电流密度。相关成果以题为“Efficient electrocatalytic CO₂ reduction on a three-phase interface”发表在Nat. Catalysis上，论文第一作者是斯坦福大学李君博士。

文献链接：Efficient electrocatalytic CO₂ reduction on a three-phase interface（Nat. Catalysis,2018,DOI：10.1038/s41929-018-0108-3）

3.Adv. Mater: 具有高离子导电性和高模量的二氧化硅-气凝胶增强复合聚合物电解质

斯坦福大学崔屹教授联合Reinhold H. Dauskardt教授开发了一种二氧化硅-气凝胶增强复合聚合物电解质（CPE）。 在这种设计中，气凝胶具有独特性能，其具有高弹性模量，高孔隙率，特别是大的内表面积，都起着关键作用。 通过掺入强SiO 2气凝胶主链，复合电解质的机械性能得到显着改善，使电解质能够机械地抑制Li枝晶的生长。 高孔隙率进一步促进了复合材料中大量聚合物电解质的占据，从而实现更有效的锂离子传导。最后，具有大内表面积的超细且分布均匀的SiO 2域促进了更明显的路易斯酸-碱与阴离子的相互作用，因此能够实现更高的Li盐离解。具有连续的高阴离子吸附区域的互连的SiO₂气凝胶网络进一步提高了离子传导性。相关研究成果“A Silica‐Aerogel‐Reinforced Composite Polymer Electrolyte with High Ionic Conductivity and High Modulus”为题发表在Advanced Materials上。

文献链接：“A Silica‐Aerogel‐Reinforced Composite Polymer Electrolyte with High Ionic Conductivity and High Modulus”(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201802661)

4.Joule：具有改进的机械和电化学循环稳定性的可伸缩锂金属负极

美国斯坦福大学的崔屹（通讯作者）等人，首次制备出具有稳定机械和电化学性能的可拉伸Li金属负极。通过高弹性聚合物橡胶和“一体化”Li金属微域的连接组成。在拉伸时，橡胶吸收机械能，而电活性Li区域没有机械应变。而且，整个电极是通过简单地缠绕一根成本低廉的铜线制成的。与传统可拉伸“锂离子电池”不同，可伸缩的锂金属负极是开发新型可拉伸“锂金属电池”的关键步骤，有望提高可拉伸能量储存设备的能量密度。相关成果以“Stretchable Lithium Metal Anode with Improved Mechanical and Electrochemical Cycling Stability”为题发表在Joule上。

文献链接：Stretchable Lithium Metal Anode with Improved Mechanical and Electrochemical Cycling Stability（Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.06.003）。

5.Nat. Energy：具有电网规模储能潜力的锰氢电池

美国斯坦福大学的崔屹（通讯作者）等人，研发出一种新型的Mn-H二次电池。在两电极反应中，电池的正极是可溶的Mn²⁺和固态MnO₂，负极材料是循环的H₂和H₂O。其中，H₂和H₂O是通过析氢和氧化的催化反应获得。这个电池的放电电压是~1.3 V，循环10000圈后容量没有衰减。在4 M MnSO₄电解液中，电池的质量能量密度为~139 Wh kg^-1，体能量密度为~210 Wh l^-1。Mn-H电池是价格低、原料丰富，并且具有大规模应用潜力的储能设备。相关成果以“A manganese–hydrogen battery with potential for grid-scale energy storage”为题发表在Nature Energy上。

文献链接：A manganese–hydrogen battery with potential for grid-scale energy storage（Nature Energy, 2018, DOI: 10.1038/s41560-018-0147-7）。

6.science:玩转冷冻电镜——揭密电池材料和界面原子结构

北京时间2017年10月27日，Science在线发表了美国斯坦福大学崔屹（通讯作者）团队题为“Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy”的文章，继冷冻电镜获得诺贝尔奖后，应用冷冻电镜的又一力作。理论上，可以在原子尺度上将单个锂金属原子及其界面分解。崔屹团队实现了利用冷冻电镜观测电池材料和界面原子结构，观察到碳酸盐基电解质中的枝晶沿着<111>（优先），<110>或<211>方向生长为单晶纳米线。这些生长方向可能会发生变化，但没有观察到晶体缺陷。 此外，团队还揭示了在不同电解质中形成的不同的SEI纳米结构。这项工作提供了一种简单的方法在原子尺度上保留和成像光束敏感性电池材料的原始状态，揭示其详细的纳米结构。从这些实验中观察到的相关数据可以实现对电池故障机理的完整了解。尽管此工作以Li金属为例来证明cryo-EM的实用性，但是这种方法也可能会扩展到涉及光束敏感材料（如锂化硅或硫）的其他研究。

文献链接：Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy（Science,2017,DOI: 10.1126/science.aam6014）

7.Nature Energy：高可逆容量钠离子电池取得突破性进展

斯坦福大学的鲍哲楠教授和崔屹教授（共同通讯作者）等共同揭示了玫棕酸钠（Na₂C₆O₆）作为钠离子电池正极材料的主要限制因素。该研究表明，充放电过程中Na₂C₆O₆会在α-Na₂C₆O₆与γ-Na₂C₆O₆之间发生相变，该相变的可逆性决定了Na₂C₆O₆正极的可逆容量及长循环稳定性。由于充电（脱钠）过程中由γ-Na₂C₆O₆转变为α-Na₂C₆O₆的相变过程需要克服较大的活化能，该相变通常呈现出高度的不可逆性，严重制约了Na₂C₆O₆正极的电化学性能。为了解决这一问题，可以通过减小Na₂C₆O₆的晶粒尺寸并选取合适的电解质溶液的方法降低该相变的活化能垒，使充放电过程中α-Na₂C₆O₆与γ-Na₂C₆O₆之间的相变具备高度可逆的特征，实现了在每个Na₂C₆O₆晶胞中可逆储存4个钠原子的储钠机制，从而实现了高的可逆容量及循环稳定性。电化学测试表明，当选取溶剂化作用强的二甘醇二甲醚（DEGDME）作为电解质溶液时，纳米Na₂C₆O₆正极能达到484 mAh/g的可逆容量及726 Wh/kg的能量密度（基于Na₂C₆O₆正极），其能量效率高达87%，并具有较高的容量保持率。该Na₂C₆O₆正极的比能量高达其理论值的96.6%，并超过了之前报导的所有钠离子电池正极材料。这一发现为构建可持续型高性能大规模储能体系点亮了曙光。该研究成果以“High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate”为题，发表在Nature Energy上，该工作的第一作者为斯坦福大学化学工程学院的Minah Lee博士后。

文献链接：High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate (Nat.Energy, 2017, DOI:10.1038/s41560-017-0014-y)

8.Nat. Commun.：保温利器-具有纳米孔洞的金属化聚乙烯织物

斯坦福大学的崔屹教授团队在Nature Communications上发表了题为Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile的文章，指出了未来利用金属化聚乙烯制造具有优越保温性服饰的可能。该团队成功构建了一个一维稳态热传递模型，得出了在寒冷环境中人体皮肤温度恒定条件下，衣物红外性能和外界温度的关系。研究发现，织物外表面的红外辐射率对衣服的保温性能有重要影响，而织物内表面的红外辐射率对保温性能几乎没有影响。该团队进而设计了一种低红外辐射率（10.1%）的具有纳米孔洞的金属化聚乙烯织物，当穿上这种衣服后，即使外界供暖温度降低7.1℃，人体的舒适度也不会受影响。这一研究成果有望大大降低对居室供暖的需求，进而对未来资源的有效利用和可持续发展产生深远影响。

文献链接：Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile (Nature Communication, 8, Article number: 496 (2017)  Doi:10.1038/s41467-017-00614-4 )

9.Nat. Commun.：锂硫电池中非活性硫化物的活化反应

美国斯坦福大学崔屹教授在Nat. commun.上报道了一种采用添加廉价的硫，并且通过搅拌边加热的方法来激活这种非活性硫化物，从而达到抑制电池容量损失的目的。单电池的容量可达0.9 Ah, 体积能量密度可达95 Wh/L(3M Li₂S₈), 这个数值大概是全钒流电池的4倍。并且在高浓度的Li₂S₈ (5M)体积能量密度可达135 Wh/L。该研究首次将活性材料的负载量提高到了0.125 g/cm³ (约有2g S在单个电池中)，并且取得了优异的性能。

文献链接：Reactivation of dead sulfide species in lithium polysulfide flow battery for grid scale energy storage (Nat. commun.，2017,doi:10.1038/s41467-017-00537-0)

10.Science Advances：过锂化介孔AlF­3框架构建用于高电流密度的金属锂电池负极

来自斯坦福大学的崔屹教授团队（通讯作者）在著名Science子刊Science Advances上发表题为” Ultrahigh–current density anodes with interconnected Li metal reservoir through overlithiation of mesoporous AlF₃ framework”的文章，第一作者为Hansen Wang (王瀚森)。该文章报道了一种用Al₄Li_9­-LiF作为稳定主体框架，三维金属锂通过介孔AlF­₃的简单一步过锂化过程嵌入该纳米复合物中(Li/Al₄Li_9­-LiF,LAFN)，从而构建新型金属锂负极的方法。这种LAFN是一种在锂剥离/沉积过程中近乎零体积改变的理想主体框架。尽管框架占据了空间，但是LAFN复合物中的金属锂仍有1571mAh g^-1的高比容量以及1447mAh cm^-3的体积容量。同时，它促进了锂离子的扩散，改良了锂金属与电解液的界面，有效抑制锂枝晶的生长，由于这些优点，该金属锂电极能够在20mA cm^‑2高电流密度下循环至少100次，并且改善了全电池在高倍率下的工作性能、提高了库伦效率。

文献链接: Ultrahigh–current density anodes with interconnected Li metal reservoir through overlithiation of mesoporous AlF₃ framework(Science Advances: 10.1126/sciadv.1701301)

11.JACS：表面氟化增强活泼电池负极材料的稳定性

斯坦福大学的崔屹教授（通讯作者）课题组提出使用含氟聚合物CYTOP作为固态和无毒的氟源，开发了一种便捷的表面氟化工艺。在常见的含氟聚合物中，只有CYTOP在相对较低的温度下分解并逐渐释放纯的氟气，其与Li金属或预锂化的Si负极反应形成均匀且致密的LiF包覆层。 LiF包覆层在高度还原性环境中具有优异的化学稳定性，在电解液中具有极低的溶解度，机械性能强，使Li金属和碳酸型电解液之间的腐蚀反应最小化，抑制了枝晶形成。因此，LiF保护的Li金属负极在1mA / cm²和5mA / cm²的电流密度下，在300个循环中表现出无枝晶和稳定的循环。由于结晶和致密的LiF包覆层，Li_xSi NPs可在NMP中加工，具有2504 mAh / g的高容量。它们在潮湿空气（~40％RH）中表现出优异的稳定性，1天后具有85.9％的容量保持率。在电池工作期间，由于惰性LiF包覆层的保护，电解液的分解得到了有效的抑制，从而使在长期循环期间LiF-Li_xSi NPs保持高的CE（从第三循环到第650循环的平均CE为99.92％）。这项成果以 “Surface Fluorination of Reactive Battery Anode Materials for Enhanced Stability” 为题，发表在J. Am. Chem. Soc.上。本文的第一作者是斯坦福大学赵婕博士，共同第一作者是斯坦福大学博士后廖磊。

文献链接：Surface Fluorination of Reactive Battery Anode Materials for Enhanced Stability（J. Am. Chem. Soc.，2017，DOI: 10.1021/jacs.7b05251）

12.Nano Lett.：揭示气体环境中活性电池材料的纳米级钝化和腐蚀机理

可再生能源生成和存储先进材料的发展对可持续未来的发展十分重要，新的突破决定于对材料的深刻理解，使用X射线和电子显微镜/光谱对化学和电化学反应进行实时探测为研究者们提供了一种从未有过的在纳米级研究电池、催化和纳米晶体合成机理的方法。当材料具有高化学活性时对其研究会有更多的挑战出现，比如锂金属在空气下很容易失去光泽，会影响依赖环境的敏感材料的原位TEM观察。要研究这些活性材料要求制备出没有暴露在环境中的纯相样品，且在环境中化学和电化学反应可以连续观察。本文中，研究者们通过锂金属在高真空TEM室内直接电沉积，随后暴露在特定气体中进行原位观察证实了这一方法的重要作用。

最近，斯坦福大学崔屹教授在Nano Letter上发表题为“Revealing Nanoscale Passivation and Corrosion Mechanisms of Reactive Battery Materials in Gas Environments.”的文章。文章说明了锂金属钝化/腐蚀过程的细节并且证实了机理是如何指导锂金属电池工程的方案。

原文链接：Revealing Nanoscale Passivation and Corrosion Mechanisms of Reactive Battery Materials in Gas Environments.(Nano Lett., 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02630)

13.AEM：粘弹性隔膜助力波浪状可拉伸锂离子电池

来自斯坦福大学的崔屹教授(通讯作者)在著名期刊Advanced Energy Materials上发表题为” Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator”的文章。该文章报道了一种简单的构造全波浪状可拉伸锂离子电池的方法(值得注意的是，锂离子电池是宏观上的波浪状结构)。该电池的所有组成部分包括阴极、阳极、隔膜、集流体甚至是封装材料都可以同时被拉伸，最终组装得到的波浪状可拉伸锂离子电池展示了高能量密度和良好的循环稳定性。

文献链接：Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled

Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator(Adv. Energy.Mater: 10.1002/aenm.201701076)

14.ACS Nano：原子层沉积稳定的LiAlF4锂离子导电界面层用于稳定正极循环

来自美国斯坦福大学的崔屹教授（通讯作者）等人在ACS Nano上发文，题为 “Atomic Layer Deposition of Stable LiAlF₄ Lithium Ion Conductive Interfacial Layer for Stable Cathode Cycling” .研究人员通过采用原子层沉积技术制备了一种具有高稳定性和令人满意的离子电导率的LiAlF₄固体薄膜，这种材料的性能优于通常使用的LiF和AlF₃。 LiAlF₄ 预测的稳定电化学窗口大约是在2.0 ± 0.9到5.7 ± 0.7 V vs Li⁺/Li。同时，Ni含量高的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ 电极和LiAlF₄界面层的复合材料在2.75−4.50 V vs Li⁺/Li这较宽电化学窗口下实现了极佳的稳定性。

文献链接：Atomic Layer Deposition of Stable LiAlF₄ Lithium Ion Conductive Interfacial Layer for Stable Cathode Cycling (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b02561)

15.Nature Nanotechnology: 金属锂负极替代者——锂合金/石墨烯负极！

斯坦福大学崔屹教授（通讯作者）团队在Nature Nanotechnology上发表了题目为“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。研究人员首先将制备的锂合金（Li_xM）纳米颗粒包覆于具有优异疏水性能、低气体渗透性能的石墨烯（<10层）材料之中，随后将锂合金/石墨烯负极材料分别应用于以LiFePO₄、V₂O₅、S为正极材料的锂电池中，并以锂金属负极、石墨烯负极做为参照实验，高电流密度充放电使用情况下，测试了电池的电化学性能，并对负极材料进行了SEM、TEM、XPS、柔韧性和强度、疏水性表征。结果表明：锂合金/石墨烯作为负极的电池，高电流密度下充放电循环400次后，电池依然能够保持初始容量的98%，这主要是因为：（1）Li_xM合金材料能够有效应对嵌锂-脱锂过程所带来的体积膨胀变化；（2）包覆的石墨烯材料具有较好的疏水性能、较低的气体渗透性能，提高了负极的稳定性（防止与空气、水、电解液的反应）；（3）对锂硫电池而言，包覆的石墨烯材料抑制了多硫化合物与负极的反应，降低了正极硫活性物质的损耗，得以保持电池的容量。

文献链接： Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes（Nature Nanotechnology, 2017, doi:10.1038/nnano.2017.129）

16.JACS：通过析氧反应分辨电化学调谐LiCoO2的活性晶面

斯坦福大学崔屹团队研究了利用电化学脱嵌所带来的增强效果确定钴酸锂（LCO）材料不同位置析氧反应活性的不同。通过理论计算，表明钴酸锂表面的锂析出是由于Co⁴⁺位点相较于Co³⁺位点数量增加。而析氧反应活性的改变可归因于氧2p电子的转移。在对于纳米片状LCO试验检测中，电化学脱嵌对在所暴露晶面中占绝大多数的（0001）面的析氧反应活性提升可忽略不计，但是在对主要暴露晶面边缘的纳米颗粒的检测中，电化学脱嵌却显著提升了材料的析氧反应活性。除此之外，该团队还应用电化学刻蚀方法在经电化学脱嵌的钴酸锂（De-LCO）上制造更多的活性位点，提高了材料的析氧反应活性，验证了之前的理论。本文所介绍的文章于2017年4月18日发表在美国化学学会会志（JACS）上，通讯作者为斯坦福大学教授崔屹。

文献链接：Identifying the active surfaces of electrochemically tuned LiCoO₂ for oxygen evolution reaction （J. Am. Chem. Soc.,2017,DOI：10.1021/jacs.7b02622）

17.PNAS: 一种将纳米锂金属嵌入离子型导电固体基质中制备出的三维稳定的锂金属负极

来自斯坦福大学材料科学与工程系、斯坦福材料与能源科学研究所的崔屹教授在国际期刊PNAS上发表一篇题为“Three-dimensional stable lithium metal anode with nanoscale lithium islands embedded in ionically conductive solid matrix”的研究论文。研究人员用一种简易的化学合成法将纳米级锂金属嵌入导电固体基质中制备出三维稳定的传导锂离子的纳米复合电极（LCNE），并用实验证明了这种结构的电极很小的体积变化和大大减少的副反应，这种方法也成功解决了枝晶增大的问题，为设计锂金属负极开创了一种新的设计思路。

文献链接：Three-dimensional stable lithium metal anode with nanoscale lithium islands embedded in ionically conductive solid matrix (PNAS, 2017, DOI:10.1073/pnas.1619489114)。

18.Nature Energy：有序排列陶瓷纳米线显著增强复合聚合物电解质离子电导率

在含有聚合物和锂盐的固体聚合物电解质中，无机纳米粒子通常用作填料以改善电化学性能，结构稳定性和机械强度。然而，这种复合聚合物电解质通常具有低离子导电性。北京时间2017年4月4日，斯坦福大学崔屹教授课题组在Nature Energy上发表一篇题为“Enhancing ionic conductivity in composite polymer electrolytes with well-aligned ceramic nanowires”的文章，报道了具有有序排列的无机Li ⁺导电纳米线的复合聚合物电解质在30℃下表现出6.05×10^-5 S cm^-1的离子电导率，其比先前的随机取向的聚合物电解质高一个数量级。纳米线导电性增强归因于快速的离子传导路径，而在有序排列的纳米线的表面上没有交叉接合。此外，通过使用纳米线也可以改善聚合物电解质的长期结构稳定性。

文献链接：Enhancing ionic conductivity in composite polymer electrolytes with well-aligned ceramic nanowires（Nature Energy, 2017，doi:10.1038/nenergy.2017.35）

19.JACS：橡皮泥的“固液”杂化机械性质可显著提高下一代锂金属电池的稳定性

斯坦福崔屹教授研究组把橡皮泥作为金属锂负极的保护涂层，他们发现，橡皮泥的“固-液”杂化性质使得其可以作为金属锂负极的极好的自适应保护层：（1）在正常的充放电过程中，橡皮泥的“液体”性质使得其可以在金属锂变化缓慢流动。因此，不管金属锂的体积和形貌如何变化，橡皮泥都可以完美的覆盖在锂的表面上，起到保护作用。这时，橡皮泥涂层可以降低高活性的锂与电解液的直接接触，从而有效的减少副反应的发生。(2) 如果金属锂在表面某些地方产生锂沉积的“热点”，使得锂枝晶“刺出”，其上涂覆的橡皮泥受到的剪切力就会变大，从而使得其机械强度增大，体现出“固体”的性质。（3）橡皮泥的“固体”和“液体”的性质可以随着锂枝晶的生长与消除而可逆变化，从而保证金属锂负极的正常稳定运行。

文献链接：Lithium Metal Anodes with an Adaptive “Solid-Liquid” Interfacial Protective Layer 。

20.PNAS：锂硫电池中多硫化物在金属硫化物表面的催化氧化

斯坦福大学材料科学与工程系的崔屹教授、北京航天航空大学材料科学与工程系的张千帆副教授和新加坡材料研究工程所的Zhi Wei She联合在PNAS上发表题为“Catalytic oxidation of Li₂S on the surface of metal sulfides for Li−S batteries”的文章，揭示了锂硫（Li-S）电池中放电产物——Li₂S在金属硫化物表面的催化氧化机理，并对一系列金属硫化物做了深入的研究。通过结合密度泛函理论 (DFT) 模拟和实验测试，研究人员发现金属硫化物在作为主体材料时，其催化氧化/还原能力的大小对于锂离子的运输和多硫化物 (LiPSs) 的吸附至关重要。金属硫化物固有的金属电导性能和Li₂S/Li₂S_x之间强烈的相互作用，能够降低能量势垒，促进锂离子的运输，控制Li₂S的表面沉淀，加速表面介导的氧化还原过程，从而提高Li-S电池的整体性能。

文献链接：Catalytic oxidation of Li2S on the surface of metal sulfides for Li−S batteries(PNAS, 2017, doi: 10.1073/pnas.1615837114)

21.Science：热刺激响应的锂离子电池防火隔膜

斯坦福大学崔屹研究组发展了一种新颖的方法。他们利用电纺丝技术，制备了一种“核-壳”结构的微米纤维，其中，防火剂磷酸三苯酯 (TPP) 位于纤维的内核，其被聚偏氟乙烯-六氟丙烯 (PVDF-HFP) 作为高分子外壳所包裹。这些纤维在电纺丝的过程中无序堆叠，最后得到一张自支撑的多孔膜。其中，纤维之间无序堆叠的空隙可以为锂离子自由穿梭提供通道。在电池正常运行的情况下，防火剂被保护在PVDF-HFP的外壳里，这种高分子外壳能够阻止防火剂与电解液的直接接触，从而减小其对电化学性能的负面影响。一旦电池发生热失控导致温度升高，PVDF-HFP的保护外壳会部分熔化；被包裹的防火剂TPP就会释放到电解液中起到抑制燃烧的作用，从而将火灾隐患消灭于萌芽之中。以下是该工作的图文导读。

Science报道链接：http://www.sciencemag.org/news/2017/01/molecular-fire-extinguisher-could-prevent-batteries-exploding

文献链接：http://advances.sciencemag.org/content/3/1/e1601978

22.Science：LiCoO2充放电调节催化剂晶格应变增强ORR活性

北京时间2016年11月25日，斯坦福大学崔屹教授团队利用锂离子电池电极材料作为催化剂载体，通过广泛可调的晶格常数来调节催化剂应变从而调整其对氧还原反应（ORR）的催化活性。锂离子在充放电插入或者脱离电极的过程中，会导致电极材料的体积和晶格间距发生变化，导致3%的体积效应，可以实现精确控制，并且微小的应变便能有效调控Pt的活性，具有良好的普适性，但目前还处于基础研究阶段。若想真正实用，还需要继续开发大规模制备催化剂和调控应力的方法。

文献链接：Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials（Science，2016，DOI: 10.1126/ science.aaf7680）

23.Adv. Mater. ：黑磷改性隔膜用于限制锂硫电池中的多硫化物

美国斯坦福大学崔屹教授（通讯作者）课题组在Advanced Materials上发文，题为“Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries”。 该课题组合成了黑磷改性隔膜用于限制锂硫电池中的多硫化物。

该课题组提出了通过沉积固硫的黑磷（BP）纳米片到商业化的聚丙烯隔膜Celgard上后得到一种新的Li-S电池功能性隔膜。研究人员展示了多硫化物和BP间是如何通过物理吸附和化学键相结合，发现其在循环中具有优越的容量保持率以及很好地限制多硫化物。同时研究者还通过原位和外原位表征的方法探究了多硫化物与黑磷之间的相互作用，并将其与石墨烯和其他极性聚合物之间进行了比较。

文献链接：Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201602172）

24.Science：纳米聚乙烯织物“智能”辐射降温

斯坦福大学崔屹教授等在Science上报道了一种纳米聚乙烯（nanoPE）材料，可作为夏天给人体降温的红外辐射散热织物材料。皮肤是良好的红外发射器，能确保红外耗散的进行，设置一个合适的冷却点，就能达到让人体舒适的目的。一般材料中有较多基团的吸收如N-H、C-O等，其红外光的透过率很低，然而PE（聚乙烯）的红外吸收峰很窄，并且与人体辐射出的射线吸收峰相隔很远，对红外光的吸收较弱，因此能确保较大的红外透过率，十分适合作为红外辐射散热织物材料。并且nanoPE有着直径为50-1000nm的连接孔，孔的尺寸远小于红外波的长度，所以nanoPE有着较高的红外透过率。但是nanoPE透水性和透气性较差，于是将nanoPE表面改性为亲水性后，连接孔就能确保空气的透过性和排汗。将PDA（聚多巴胺）包覆在nanoPE上，可以确保nanoPE的“可穿”性能。需要指出的是，将nanoPE应用于衣物之中仍有很多的挑战（如nanoPE织物的可洗次数等），想实现“凉爽的夏天”还需要科研工作者们继续努力。

文献链接：Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile （Science, 2016, DOI : 10.1126/science.aaf5471）

25.Nature：可见光下垂直取向MoS2纳米薄膜用于水体快速消毒

崔屹课题组报道了一种新型的多层垂直取向的MoS₂在可见光下作为催化剂用于水体消毒。在可见光和太阳光源的激发下，多层垂直取向MoS₂具有比TiO₂更高的消毒净化速率。在该催化反应体系中（存在其它竞争反应：例如析氢反应和氧气的还原氧化反应），多层垂直取向的MoS₂不具有特异性催化性质，通过在MoS₂薄膜中沉积其它催化剂（Cu／Au）可以提高活性氧物种的产生量（Cu／Au的引入可以加速电子空穴对的分离效率），该多层垂直取向的MoS₂材料可以在20min或者60min内实现水体的消毒净化（>99.999%）

文献链接：Rapid water disinfection using vertically aligned MoS2 nanofilms and visible light（Nat. Nanotech.，2016，DOI:10.1038/nnano.2016.138）

26.Science Advances:纳米锥状的钙钛矿型BiVO4串联电池的高效太阳光驱动水解

近日由中科院苏州纳米所张跃刚研究员以及崔屹教授合作领导的团队在Science Advances上发表了基于纳米锥基底上沉积具有多孔结构的Mo掺杂的BiVO₄(Mo：BiVO₄)光阳极材料，解决了由于其载流子扩散距离较短限制了BiVO₄薄膜的厚度而导致光吸收严重不足的问题。基于此制备了具有优异的光解水能力的纳米锥基状的Mo:BiVO₄/Fe(Ni)OOH光阳极材料。

BiVO₄由于其廉价、对光腐蚀的高稳定性，以及窄的带隙（2.4eV）等特点，被广泛地认为是一种具有应用前景的用于光电水解的光阳极材料。然而由于其较短的载流子扩散长度限制了BiVO₄膜的厚度，为了弥补短的载体扩散长度，已报道的BiVO₄基光阳极的厚度通常小于200 nm。薄的BiVO₄膜通常表现出高的透明度，使得大量的可见光可以透过，致使其太阳能转化为氢气的效率太低（<2%）。作者通过在纳米锥基底上沉积纳米孔结构的Mo掺杂的BiVO₄(Mo：BiVO₄)来解决这一问题，由于Mo：BiVO₄层具有更大的有效厚度，其电荷分离效率更高，光吸收能力更强；由于多光衍射Mo：BiVO₄纳米锥结构促进其电荷分离效率以及光吸收能力进一步得到提高。基于上述过程，纳米锥状的Mo:BiVO₄/Fe(Ni)OOH光阳极材料在1-sun光照强度下表现出了高的水解光电流（5.82 ± 0.36 mA cm⁻² at 1.23 V vs. RHE）。

原文链接：Efficient solar-driven water splitting by nanocone BiVO₄-perovskite tandem cells

发表的综述文章：

1.Nat.Nanotechnol.综述：高能电池锂金属负极的崛起

本文主要概述了锂负极的基本原理，总结最近在方法学，材料和表征技术方面的重要进展。主要目标是说明在这个领域正在发生的革命性突破，从而为锂金属化学的未来发展提供灵感。

文献链接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries（Nat.Nanotechnol.,2017,DOI:10.1038/nnano.2017.16）

2.Nature Nanotechnology综述：用于高能电池的金属锂负极的复兴

斯坦福大学材料科学与工程系的崔屹教授在Nature Nanotechnology发表了题为“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”的综述，首次系统总结了当前对于金属锂负极的理解，强调了近期在材料设计和先进表征方法上的重大进展，并且为金属锂负极未来的研究方向提供了参考。

文献链接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries(Nat. Nanotechnol., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.16)

3.Adv. Mater. 综述：具有柔性和可伸缩性储能器件的最新进展和展望

最近前沿的报道对于柔性和可伸缩性储能器件的设计组成、制备方法、电化学性能、机械性能很关注，尤其是锂离子电池和超级电容器。锂离子电池和超级电容器有着相同的组成成分，包括阴极、阳极、电解质/分隔器、集流体和包装材料，其中所有的组分要求在保持一定优异性能的情况下兼容有变形的能力。现在的柔性锂离子电池和超级电容器面临三个问题：1）设计和制备柔性电极；2）在动态之中的电化学性能稳定性；3）实现高能量密度和高功率密度。因此，发现新颖的方法制备柔性和可伸缩性储能是现在实际应用和工业生产上的一大挑战。

鉴于此，斯坦福大学的崔屹教授等就从2010年起关于柔性电池和超级电容器的发展进行介绍，分为以下几部分：电极，电解质，集成电池系统，锂离子电池以外的其他电池。

文献链接：Flexible and Stretchable Energy Storage: Recent Advances and Future Perspectives (Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201603436)

4.Chem. Soc. Rev. 综述：高能锂硫电池的设计

斯坦福大学材料科学与工程系的崔屹教授和Sun Yongming博士、新加坡材料研究与工程研究所的Zhi Wei She和北京航天航空大学张千帆教授人联合在Chem. Soc. Rev.上发文，一篇关于高能锂硫电池设计的综述横空出世，题为“Designing high-energy lithium–sulfur batteries”。

这项工作的主要内容为：本文总结锂硫电池领域的重大发展。首先是锂-硫电池的电化学概述，面临的技术挑战和潜在的解决方案，以及一些理论计算结果以促进我们对其中所涉及的物质相互作用的理解。其次，本文研究了最广泛使用的设计策略：将硫正极封装在碳宿主材料中。同时对其他新兴的宿主材料（例如聚合物和无机材料）进行了讨论。然后本文对新型的电池构造进行了调查（包括硫化锂正极和锂硫阴极电解液的使用），以及最近在隔膜改进和锂金属负极保护法方面的努力。最后，文章对锂-硫电池未来的发展方向和前景进行了总结和展望。

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