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人物簡介

麥立強，武漢理工大學材料學科首席教授，博士生導師，教育部“長江學者特聘教授”，國家杰出青年基金獲得者，國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”首席科學家，國家重點研發計劃“納米科技”重點專項總體專家組成員。目前擔任武漢理工大學材料科學與工程學院院長，武漢理工大學納米重點實驗室主任。

曾獲得/入選：何梁何利基金科學與技術創新獎（2020）、中國發明協會發明創新獎（一等獎，2020）、國家自然科學二等獎（排名第一，2019）、?教育部自然科學一等獎（排名第一，2019）、國際電化學杰出研究獎（2018）、中國青年科技獎（2016）、國家“萬人計劃”領軍人才（2016）、侯德榜化工科技青年獎（2016）、國家“百千萬人才工程”（2015）、第十一屆光華工程科技青年獎（2015）、湖北青年五四獎章（2015）、科技部創新推進計劃中青年科技創新領軍人才（2014）、湖北省自然科學一等獎（2014）、科學中國人年度人物（2014）、教育部新世紀優秀人才支持計劃（2011）等。

麥老師團隊主要從事納米能源材料與器件領域的研究，包括新能源材料、微納器件、面向能源的生物納電子界面等前沿方向。率先將納米器件應用于電化學儲能研究，重點開展了納米電極材料可控生長、性能調控、器件組裝、原位表征、電輸運與儲能等系統性的基礎研究，取得了一系列國際認可的創新性成果。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.等國際著名期刊上發表論文400余篇，被引超5.5萬次，H指數126。

現任國際期刊Journal of Energy Storage副主編、Chemical Reviews、Advanced Materials客座編輯、Accounts of Chemical Research、Joule（Cell子刊）、ACS Energy Letters、Small、Science China Materials、Energy Environmental & Materials、Advanced Electronic Materials國際編委、Nano Research編輯、《功能材料》編委、中國材料研究學會納米材料與器件分會理事、中國化學會能源分會首屆委員。

個人主頁：

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

下面我們匯總了麥立強教授團隊2022年的部分研究成果，分享學習！

Angew：通過深共晶溶劑全面調控水分子實現超穩定鋅金屬負極

腐蝕、寄生反應和枝晶生長的加劇嚴重地限制了水系鋅離子電池的發展。武漢理工大學麥立強教授、韓春華教授、王選朋博士等報告了一種新的策略，打破了水分子之間的氫鍵網絡，并構建了磺酸鹽-H₂O深共晶溶劑。這種策略切斷了質子/氫氧化物的轉移，抑制了H₂O的活性，這反映在更低的冰點（<?80°C）、顯著更大的電化學穩定窗口（>3 V）以及抑制的電解質中的蒸發水。因此，獲得了超過9600小時的穩定的鋅沉積/剝離。此外，基于實驗表征和理論模擬，這項工作證明了硅烷可以有效地調節溶劑化殼，同時構建多功能的鋅-電解液界面。最后，多層自制模塊電池和1.32Ah軟包電池進一步證實了其實際應用的前景。

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：通過兩性甘氨酸調控界面化學實現高可逆鋅負極

鋅金屬在水系電解液中具有熱力學上的不穩定性，在沉積過程中甚至在擱置期間會誘發界面上的枝晶生長和持續的寄生反應，從而導致電池迅速失效，阻礙了水系鋅離子電池的實際應用。

武漢理工大學麥立強教授、安琴友教授等利用甘氨酸這種常見的多功能添加劑來調控溶劑化鞘結構，增強界面穩定性，以保障鋅負極的可逆性和穩定性。研究發現，除了在Zn²⁺[H2O]₅·OSO₃^2-復合物的接觸離子對中部分取代原有的SO₄^2-以抑制界面上Zn₄(OH)₆SO₄·xH₂O副產物的形成外，甘氨酸分子還可以在擱置時在鋅金屬表面形成貧水電雙層，并在循環期間進一步還原以原位構建富含ZnS的固體電解質界面（SEI）層，這進一步抑制了整個過程中的副反應和鋅枝晶的隨機生長。正如預期的那樣，在含甘氨酸的電解液中，對稱電池的循環壽命達到3200小時以上。此外，Zn/NVO全電池在5 A g^-1的條件下顯示出3000次循環的優異穩定性。鑒于甘氨酸的低成本優勢，所提出的界面化學調控策略在促進水系電池的商業化進程方面顯示出相當大的潛力。

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

AFM：具有增強插層贗電容的鎂摻雜NFPP/C助力超穩定/高倍率鈉電

Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)(NFPP)由于其低成本、無毒性和高結構穩定性，被認為是一種有前景的鈉離子電池(SIB)的正極材料，但其電化學性能因差電子傳導性而受到限制。

武漢理工大學麥立強教授、安琴友教授等提出了鎂摻雜的NFPP/C復合材料作為SIB的正極材料。受益于Mg摻雜帶來的增強的電化學動力學和插層贗電容，最佳的Mg摻雜NFPP/C復合材料（NFPP-Mg5%）提供了高的倍率性能（20 A g^-1時容量≈40 mAh g^-1）和超長的循環壽命（5 A g^-1時循環14000次后容量保持率為80.8%）。此外，原位X射線衍射和其他表征顯示，NFPP-Mg5%的儲鈉過程是由插層贗電容機制主導的?；贜FPP-Mg5%正極和硬碳負極的全SIB在500 mA g^-1下循環200次后表現出≈50 mAh g^-1的放電容量。總體而言，這項研究證明了通過摻雜策略提高NFPP電化學性能的可行性，并提出了一種低成本、超穩定和高倍率SIB正極材料。

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：鋸齒狀LiF納米纖維編織的夾層使鋰金屬電池的鋰沉積均勻化

不可控的鋰枝晶形成已成為高能可充鋰電池中鋰金屬負極實際應用的最大障礙。武漢理工大學麥立強教授、安琴友教授等設計了一種獨特的由毫米級、單晶和鋸齒狀LiF納米纖維（NFs）編織的LiF夾層，以實現無枝晶和高效的鋰金屬沉積。這種高導電性的LiF夾層可以增加Li⁺遷移數，并誘導形成”LiF-NFs-rich”固體電解質界面（SEI）。

在”富含LiF-NFs”的SEI中，超長的LiF納米纖維提供了一個連續的界面Li⁺傳輸路徑，此外，在鋰金屬和SEI薄膜之間形成的Li-LiF界面使鋰的成核和Li⁺遷移的能量障礙降低，促進了均勻的鋰電鍍和剝離過程。因此，Li/Li對稱電池在4 mAh cm^-2的條件下可以實現1600小時的穩定充放電，高負載Li//rGO-S電池在17.9 mA cm^-2的條件下可以實現5.65 mAh cm^-2高面容量的400次穩定循環。總之，自支撐LiF-NFs夾層在商業鋰電池中表現出卓越的優勢，并顯示出擴大固態鋰電池應用的巨大潛力。

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.：空間分子組合效應使準固態超快自修復電解質成為可能

準固態鋅金屬電池由于其固有的安全性和高能量密度，在下一代電池中顯示出巨大的潛力。然而，靜態的準固態電解質表面和動態的Zn負極體積變化之間的不匹配將導致劣質的界面接觸，這嚴重阻礙了Zn基電池的發展。

武漢理工大學麥立強教授、徐林教授等提出了一種獨特的空間分子結合策略，以設計一種超快的自修復電解質來構建一個動態的自適應界面。理論模擬和實驗特征揭示了空間分子梳理效應，它通過抑制分子內旋轉來梳理和拉直瓜爾膠的分子鏈。同時，拉伸的分子鏈暴露出更多的醇羥基活性位點，使超快自愈的電解質能夠快速動態交聯。因此，全電池顯示出10000次循環的超長循環壽命和98.5%的容量保持率，并且在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2時分別實現了穩定的鋅剝離/沉積，這推動了下一代高性能鋅離子電池的發展。

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：具有獨特溶劑化結構的共晶電解質助力高性能鋅離子電池

鋅離子電池（ZIB）由于低成本、高安全性，在儲能方面有很大的潛力。然而，差穩定性、枝晶生長和狹窄的電化學窗口限制了其實際應用。

武漢理工大學麥立強教授、周亮教授等開發了一種由乙二醇（EG）和氯化鋅組成的新共晶電解質，以用于無枝晶和長壽命的ZIBs。EG分子通過配位和氫鍵相互作用參與了Zn²⁺的溶劑化。優化ZnCl₂/EG的摩爾比（1 : 4）可以加強分子間的相互作用，形成[ZnCl(EG)]⁺和[ZnCl(EG)₂]⁺陽離子。這些復合陽離子的解離-還原作用使鋅負極上形成了富含Cl的有機-無機混合固體電解質相間膜，實現了高可逆的鋅沉積/剝離，長期穩定性達到≈3200小時。此外，聚苯胺||鋅電池表現出良好的循環性能，經過10000次循環后容量保持率達到≈78%，軟包電池也表現出高安全性和穩定的容量。總體而言，這項工作為開發高安全性和實用ZIBs的共晶電解質開辟了一條途徑。

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

AEM：分層自組裝MOF網絡實現連續離子傳輸和高機械強度

復合固態電解質引起了人們的極大興趣，因為它們克服了單組分固態電解質的缺陷。然而，隨機分布的粉末造成的不連續離子傳輸和薄弱的機械支持導致了低劣的離子傳導性和糟糕的機械強度。

武漢理工大學麥立強教授、徐林教授等設計了一個分層自組裝的金屬有機框架（MOF）網絡，為復合聚合物電解質提供了連續的離子傳輸和機械支持。這種獨特的結構是通過沿著一維聚酰亞胺纖維構建有序的MOF納米晶體來實現的，它可以在微米尺度上為鋰離子提供連續的線性通道，并且一維 MOF纖維相互連接形成一個整體的三維網絡以在體相復合電解質中連續傳輸Li⁺。同時，MOF納米晶體中的亞納米孔隙和路易斯酸位點可以作為離子篩選擇性地限制較大陰離子的移動，并促進Li⁺的傳輸。此外，MOF和聚酰亞胺之間的強鍵接關系結合聚酰亞胺骨架的堅固性賦予了MOF網絡高的機械強度和柔性。因此，由此產生的復合電解質具有高的離子傳導性和理想的機械強度。這項工作表明，通過自組裝策略將粉末從無序到有序的合理空間排列，可以為復合固態電解質和固態鋰電池產生新的性能。

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鋅界面層誘導均勻的Zn沉積

電解液-負極界面的不均勻電場分布以及相關的鋅枝晶生長是限制水系鋅離子電池壽命最關鍵的障礙之一。

武漢理工大學麥立強教授、韓春華教授、鄭州大學劉熊博士等開發了具有薄而均勻厚度、多孔性和親水性的新型Zn-A-O（A=Si，Ti）界面層，以實現均勻而平滑的鋅沉積。對于鋅箔上的ZnSiO₃納米片陣列（Zn@ZSO），其形成遵循”蝕刻-成核-生長”機制，在基于低溫濕化學的一鍋法合成，幾何面積高達1000 cm²。研究顯示，在ZSO層結構優勢的引導下，Zn²⁺通量得到均衡。因此，除了超低的極化，采用Zn@ZSO負極的對稱電池和與高質量負載K_0.27MnO₂·0.54H₂O（8 mg cm^-2）正極結合的全電池的壽命增加了3-7倍。此外，Zn@ZSO箔的大尺寸制備支持了具有高性能的0.5Ah多層軟包電池，這進一步證實了其實際應用的前景。

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.：兩性雙功能層助力高可逆鋅負極

鋅金屬負極存在著嚴重的枝晶問題和不利的副產物，這限制了鋅離子電池的實際應用。

武漢理工大學麥立強教授、徐林教授等設計了一種雙功能的聚兩性離子液體（PZIL）作為新型離子遷移層，以抑制Zn枝晶和副反應。一方面，PZIL層上的兩性離子功能團可引導鋅離子的分布，以調節鋅的沉積行為。另一方面，兩性離子基團和水分子之間的緊密結合可以在鋅陽極的表面構建一個H₂O貧乏的界面，以避免發生副反應。因此，基于上述兩種功能，基于PZIL層修飾的Zn的對稱電池表現出穩定的沉積/剝離性能（在1 mA cm^-2下2600小時）和低可逆沉積電位（～50 mV）?？傮w而言，兩性離子雙功能層的概念將為鋅離子電池以及其他電池系統的可逆負極開辟一條新的途徑。

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

Adv. Sci.：異質結構的電子結構調制誘導儲鋰的快速電子/離子擴散動力學

過渡金屬氧化物（TMOs）被認為是鋰離子電池（LIBs）中潛在的負極材料。然而，包括大體積變化和差導電性在內的缺點阻礙了這些材料滿足實際應用的需要。精心設計的介孔納米結構和電子結構調控可以增強電子/鋰離子擴散動力學。

武漢理工大學麥立強教授、安琴友教授等通過一步磷化工藝獲得了由均勻納米顆粒組成的獨特介孔二氧化鉬/磷化鉬異質結構納米帶（介孔MoO₂/MoP-NBs）。通過在線X射線衍射、非原位透射電子顯微鏡和動力學分析，這項工作系統地研究了介孔MoO₂/MoP-NBs的詳細鋰存儲機制（MoP的固溶反應和MoO₂的部分轉化）、晶體結構的小變化率和快速電子/離子擴散行為。研究顯示，介孔MoO₂/MoP-NBs在鋰離子嵌入/脫出過程中表現出更多的電子態和較小的晶體結構參數變化，表明高的電子電導率和優異的結構穩定性。得益于協同效應，介電MoO₂/MoP-NBs表現出顯著的循環性能（在1 A g^?1下經過1000次循環后為515 mAh g^?1）和優異的倍率性能（在8 A g^?1下為291 mAh g^–1）。這些發現可以揭示異質結構中電子/離子調控的行為，并為開發高性能鋰離子存儲材料提供了一條潛在的途徑。

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：非水鉀離子電池用應變-弛豫紅磷自支撐負極

紅磷（RP）作為鉀離子電池（KIBs）的一種有前景的負極，由于其高理論容量、低氧化還原電位和豐富的自然資源而受到廣泛關注。然而，RP表現出嚴重的容量衰減和快速的結構退化，這是由巨大的體積膨脹和較差的電子傳導造成的。

武漢理工大學麥立強教授、吳勁松教授、羅雯副教授等通過將受限的無定形RP封裝在三維互連的硫/氮共摻碳納米纖維中（RP@S-N-CNFs）報道了一種體積應變-弛豫電極結構。原位透射電子顯微鏡和相應的化學-機械模擬揭示了N、S碳基質的優良結構完整性和堅固性。結果，作為KIBs的自支撐負極，RP@S-N-CNFs電極表現出超高的可逆容量（在0.1A g^-1的條件下經過100次循環后為566.7 mAh g^-1）和非凡的耐久性（在2 A g^-1的條件下經過2000次循環后為282 mAh g^-1）。此外，通過原位表征和密度泛函理論計算，作者證明了高可逆的單電子轉移機制，其最終放電產物為KP，并且動力學速度更快。這項工作為下一代高性能KIBs的大體積變化型負極的合理設計提供了啟示。

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

Nano Energy：通過雙金屬位點調節實現多硫化物的連續有效轉化和定向沉積

可溶性（多）硫化物的溶解和積累導致的穿梭效應嚴重影響了鋰硫（Li-S）電池的反應過程和循環性能。最有效的策略之一是進行隔膜改性，但隔膜改性層的吸附和催化機制會導致多硫化物的不連續轉化和活性物質的損失。

武漢理工大學麥立強教授、許絮副教授、常剛剛副教授等首次通過一種新方法制備了2D雙金屬中心Zn/Co-ZIF納米片來解決這一懸而未決的問題。通過調節金屬中心位置，ZIF納米片轉化（多）硫化物的能力大大提高。此外，基于ZIF改性層和正極之間的導電性差異，實現了鋰（多）硫化物在正極的連續有效轉化和定向沉積。因此，采用功能隔膜組裝的Li-S電池在0.5C時可提供高達1304 mAh g^?1的初始容量，在3C時可達到788 mAh g^–1的優異倍率性能。即使在2C的電流密度下，1000次循環中每圈的容量衰減率也僅為0.025%?？傮w而言，這項工作極大地促進了MOF材料的制備及其在Li-S電池中的應用，并將進一步為改性層和正極設計提供新的思路。

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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