优秀！中国科学技术大学余彦团队1月发表4篇AM（IF=31）

   iNature钠（钾）金属负极结合了低成本、高理论容量和高能量密度，展示了在钠（钾）金属电池中的应用前景。然而，Na（K）表面的枝晶生长阻碍了它们的实际应用。

    2021年9月27日，中国科学技术大学余彦团队在Advanced Materials （IF=30.85）在线发表题为“Design Principles of Sodium/Potassium Protection Layer for High-Power High-Energy Sodium/Potassium-Metal Batteries in Carbonate Electrolytes: a Case Study of Na2Te/K2Te”的研究论文，该研究在密度泛函理论 (DFT) 结果预测 Na2Te/K2Te 有利于 Na+/K+传输，并且由于Na+/K+迁移能垒低和Na+/K+扩散系数高，因此可以有效抑制枝晶的形成。

    然后通过将纳米尺寸的 Te 粉末直接涂在钠金属表面上制备Na2Te保护层。

    Na@Na2Te 阳极在低成本碳酸盐电解质中可持续工作 700 h，相应的Na3V2 (PO4)3//Na@Na2Te全电池表现出高能量密度223 Wh kg−1，前所未有的功率密度29687 W kg−1 ，以及 20 C 3000 次循环后 93% 的超高容量保持率。

    此外，基于 K@K2Te 的钾金属全电池还表现出高功率密度为 20 577 W kg−1，能量密度为 154 Wh kg−1。

    这项工作开辟了一条新的、有前途的途径来稳定具有简单且低成本的界面层的钠（钾）金属阳极。

    另外，2021年9月24日，中国科学技术大学余彦及厦门大学张桥保共同通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Harnessing the Volume Expansion of MoS3 Anode by Structure Engineering to Achieve High Performance Beyond Lithium-Based Rechargeable Batteries”的研究论文，该研究证明了还原石墨烯表面（表示为 MoS3-on-rGO）上无定形硫化钼（MoS3）的二维异质结构，其表现出低应变和快速反应动力学，用于超锂离子（Na+, K+, Zn2+）存储。

    受益于MoS3-on-rGO的低体积膨胀和小钠化应变，钠离子电池在10 g-1下表现出40 000次循环的超长循环性能。

    此外，所构建的二维异质结构在用于 Na+ 全电池、固态钠电池、K+电池、Zn2+电池和混合超级电容器时也具有优异的电化学性能，展示了其优异的应用前景。

    2021年9月12日，中国科学技术大学余彦、俞汉青及黄贵祥共同通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Quantitative Coassembly for Precise Synthesis of Mesoporous Nanospheres with Pore Structure-Dependent Catalytic Performance”的研究论文，该研究开发了一种用于合成树脂/二氧化硅复合材料及其衍生多孔球体的定量共组装方法。

    碳和二氧化硅前体的组装行为在没有表面活性剂的情况下进行调节，并且复合球体的生长动力学受到定量控制。

    这种组装方法能够精确控制衍生碳球的尺寸和孔结构。

    这些碳球为探索多孔材料的结构-性能关系提供了一个很好的平台，并证明了它们在催化水净化中的孔隙结构相关性能。

    这项工作为多孔球的精确合成提供了一种简单而可靠的方法，并为多孔材料的功能导向设计提供了见解。

    2021年8月30日，中国科学技术大学余彦、姚雨及西北大学白晋涛共同通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Mo2N-W2N Heterostructures Embedded in Spherical Carbon Superstructure as Highly Efficient Polysulfide Electrocatalysts for Stable Room-Temperature Na–S Batteries”的研究论文，该研究发现嵌入球形碳超结构（Mo2N-W2N@PC）中的Mo2N-W2N异质结构旨在有效抑制“多硫化物穿梭”并促进 NaPS 氧化还原反应。

    设计的 Mo2N-W2N@PC 异质结构具有丰富的异质界面、高电导率和孔隙率，可以促进电子/离子扩散，并为高效的 NaPS 转化提供高催化活性。

    获得的 Na-S 电池具有高可逆容量和优异的长期循环性能（400 次循环后 1 A g−1 时为 517 mAh g−1）和前所未有的倍率性能（2 A g-1 时为 417 mAh g−1）。

    此外，通过结合原位X射线衍射（XRD）、非原位X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光谱和沉淀实验揭示了电催化机理。

    这项工作展示了一种新颖的异质结构设计策略，可实现高性能 Na-S 电池。

    据了解，余彦是中国科学技术大学教授，国家杰青、英国皇家化学会会士、兼任Journal of Power Sources 副主编。

    目前在Science, Nature Energy, Advanced Materials 等国际著名期刊上发表论文280余篇，其中包括以通讯作者发表Advanced Materials 30余篇。

    入选科睿唯安以及爱思唯尔材料类高被引学者榜单。

    碱金属负极可充电电池作为满足下一代储能系统对高能量密度需求的最有前途的设备而受到越来越多的关注。

    与传统负极材料相比，钠金属和钾金属负极具有高理论比容量（Na 和 K 分别为 1165 和 687mAh g−1）、低氧化还原电位（-2.71 (Na) 和 -2.93 V (K ) ) 和丰富的资源 (地壳中 2.8 wt% (Na) 和 1.5 wt% (K))。

    此外，钠和钾金属阳极可以配对高容量阴极以实现高能量和功率密度。

    因此，钠金属电池（SMBs）和钾金属电池（PMBs）被认为是低成本和大规模储能系统最有前途的潜在候选者。

    然而，Na和K枝晶不受控制的生长、电解质分解严重、库仑效率（CE）低、循环稳定性差，甚至存在安全隐患，严重阻碍了它们的实际应用。

    为了解决这些问题，已经探索了各种策略，包括构建 3D 多孔集电器、优化电解质和设计人造固体电解质界面 (SEI) 保护层。

    在某种程度上，这些策略可以在整个 Na (K) 电极中诱导均匀的离子通量，从而通过减轻枝晶金属的生长来实现稳定的循环性能。

    然而，在大多数情况下，3D 多孔 Na (K) 主体具有较大的比表面积，可能会扩大电解质与金属阳极之间的接触表面积，导致电解质严重分解并降低 SMB (PMB) 的能量密度。

    电解质添加剂在长循环过程中会逐渐消耗，并且一些添加剂仅适用于醚基电解质。

    与锂金属负极相比，由于在循环过程中体积膨胀较大且 SEI 的机械强度较弱，因此为 Na（K）构建稳定的 SEI 是一个巨大的挑战。

    已经报道了各种人造 SEI 保护层，包括碱金属氯化物，碱金属合金，在这些人造 SEI 复合材料中，富含硫化物的 SEI 保护层已被证明是实现稳定脱除/镀钠循环的有效层。

    可以预期，开发含有 Na2Te 的人造 SEI 层可以进一步提高 Na（K）阳极的电化学性能，因为 Na2Te 显示出与 Na2S 相似的晶体结构，并且比 Na2S 的 Na+ 扩散势垒更低。

    值得一提的是，大多数长期稳定的钠（K）金属电极是在醚基电解质中进行评估的。

    关于碳酸盐基电解质中钠（K）金属负极的长循环寿命的报道很少具有许多优点（即更高的还原电位、低成本）。

    非常需要在高电流密度下实现长期循环稳定性（即 20 C 下 3000 次循环）和优异的倍率性能。

    该研究在密度泛函理论 (DFT) 结果预测 Na2Te/K2Te 有利于 Na+/K+传输，并且由于Na+/K+迁移能垒低和Na+/K+扩散系数高，因此可以有效抑制枝晶的形成。

    然后通过将纳米尺寸的 Te 粉末直接涂在钠金属表面上制备Na2Te保护层。

     Na@Na2Te 阳极在低成本碳酸盐电解质中可持续工作 700 h，相应的Na3V2 (PO4)3//Na@Na2Te全电池表现出高能量密度223 Wh kg−1，前所未有的功率密度29687 W kg−1 ，以及 20 C 3000 次循环后 93% 的超高容量保持率。

     此外，基于 K@K2Te 的钾金属全电池还表现出高功率密度为 20 577 W kg−1，能量密度为 154 Wh kg−1。