《二维视界》 之《势点1》:当“崔神”遇到哲楠女神

726708569925197908_%e5%89%af%e6%9c%ac崔屹,别名“崔神”,斯坦福大学材料科学与工程学院教授。崔神的研究工作主要集中在储能领域,同时,得益于其博士期间在纳米技术领域的研究基础,他能将纳米材料与电池进行完美地融合,继而研发出一系列让人耳目一新的电极材料,例如“石榴电池”。当然,崔神发表的牛文早已不胜枚举,今天我们要说的是他与同是斯坦福大学教授鲍哲楠女神在科研路上的“不解之缘”!

故事始于2011年二人的初次合作。他们将多孔纺织物的纤维浸泡在石墨烯溶液中,进而利用电沉积负载MnO2,得到具有超长循环寿命、高电容的纳米复合电极材料[1]。这次合作旗开得胜,同时也被《Nature》杂志highlight,引起了众多科研工作者的关注。自此以后,二人的合作便一发不可收,截至今年已发表14篇文章,从氧化物到锂硫,再到目前的研究重心——硅负极,每一篇都堪称经典!不得不说的是,崔神在能源存储领域的资深造诣和鲍哲楠女神在有机、高分子材料领域的卓越成就让电储能领域实现了一次又一次的突破。

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2013年,他们又首次提出电池领域的新概念——“自愈电极”。自始至终,崔神都非常看好硅负极,他认为,单质硅在地球上的储量、低成本以及超高比容量使其有望真正实现工业化生产。众所周知,硅负极一直面临着充放电过程中严重体积膨胀的问题。对此,崔神和哲楠女神利用自愈聚合物的氢键作用,在硅纳米颗粒表面包覆一层自愈聚合物薄膜,有效抑制了硅的体积膨胀[2]。而这个“自愈电极”概念的提出,更是将导电聚合物在电池领域的应用推向新的高潮。而2013年至今,他们对“自愈电极”的后续研究也仍然在不断探索中,硅电极的性能也被不断优化[3−5]。当然,体积膨胀是大部分电极材料都或多或少无法回避的问题,包括同样作为研究热点的硫正极。遗憾的是,目前并未看到二人在“自愈硫正极”的进一步研究。

总之,崔神和哲楠女神能各执利器,发挥所长,致力于解决电极材料中存在的致命难题,真正将科研推向工业化生产。我们认为,硅负极的工业化应用必定指日可待~

[1] G. Yu, L. Hu, M. Vosgueritchian, H. Wang, X. Xie, J. R. McDonough, X. Cui, Y. Cui, and Z. Bao. “Solution-Processed Graphene/MnO2 Nanostructured Textiles for High-Performance Electrochemical Capacitors”, Nano Lett. 2011, 11, 2905.

[2] C. Wang, H. Wu, Z. Chen, M. T. McDowell, Y. Cui, and Z. Bao. “Self-healing chemistry enables the stable operation of silicon microparticle anodes for high-energy lithium-ion batteries” Nat. Chem. 2013, 5, 1042.

[3] Y. Sun, J. Lopez, H.-W. Lee, N. Liu, G. Zheng, C.-L. Wu, J. Sun, W. Liu, J. W. Chung, Z. Bao, and Y. Cui, “A Stretchable Graphitic Carbon/Si Anode Enabled by Conformal Coating of a Self-Healing Elastic Polymer”, Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201504723.

[4] Z. Chen, C. Wang, J. Lopez, Z. Lu, Y. Cui, and Z. Bao, “High-Areal-Capacity Silicon Electrodes with Low-Cost Silicon Particles Based on Spatial Control of Self-Healing Binder”, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401826.

[5] Z. Chen, J. W. F. To, C. Wang, Z. Lu, N. Liu, A. Chortos, L. Pan, F. Wei, Y. Cui, and Z. Bao, “A Three-Dimensionally Interconnected Carbon Nanotube-Conducting Polymer Hydrogel Network for High-Performance Flexible Battery Electrodes”, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400207.

付 磊 About 付 磊

武汉大学化学与分子科学学院教授;主要研究二维材料的表面控制生长及其在柔性、能源领域的应用。更多信息请访问:http://leifu.whu.edu.cn