汇总：一起回顾崔屹和他的团队的研究发展历程

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（FECO）和~25.5mA cm-2的CO产生电流密度。相关成果以题为“Efficient electrocatalytic CO2reduction 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SiO2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SiO2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.: 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（优先），或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（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Al4Li9­-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/Al4Li9­-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，LixSi 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-LixSi 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.(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

(DOI: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LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 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（LixM）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（99.999%）

文献链接：Rapid water disinfection using vertically aligned MoS2nanofilms 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（