陳人杰，北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授、博導(dǎo)，北京電動(dòng)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心（國(guó)家級(jí)）研究員。2005年獲博士學(xué)位，師從北京理工大學(xué)吳鋒教授；2005-2007年于清華大學(xué)化學(xué)系從事博士后研究，師從陳立泉院士、邱新平教授；2007年入職北京理工大學(xué)；2012-2013年在英國(guó)劍橋大學(xué)Prof. Derek Fray、Dr. Vasant R. Kumar課題組訪問(wèn)研究。獲得榮譽(yù)、稱號(hào)：國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、部級(jí)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)。教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，北京市優(yōu)秀人才、科技新星，北京高等學(xué)校卓越青年科學(xué)家，中國(guó)工程前沿杰出青年學(xué)者，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授和科睿唯安2020“全球高被引科學(xué)家”。研究領(lǐng)域：針對(duì)高比能長(zhǎng)航時(shí)電池新體系的設(shè)計(jì)與制造、二次電池安全性/溫度適應(yīng)性、超薄/輕質(zhì)/長(zhǎng)壽命特種儲(chǔ)能器件及關(guān)鍵材料研制等科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)，開(kāi)展：（1）離子液體及新型功能復(fù)合電解質(zhì)材料；（2）多電子高比能新型二次電池及關(guān)鍵材料；（3）特種功能電源及異構(gòu)納米材料；（4）綠色二次電池設(shè)計(jì)與資源化利用等具有原創(chuàng)性的研究工作。曾先后在Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Nature Communications, Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表SCI收錄論文200余篇；申請(qǐng)發(fā)明專利96項(xiàng)，獲授權(quán)42項(xiàng)；開(kāi)發(fā)出電池材料基因組數(shù)據(jù)平臺(tái)，獲批軟件著作權(quán)10項(xiàng)；出版學(xué)術(shù)專著2部（《先進(jìn)電池功能電解質(zhì)材料》科學(xué)出版社2020年出版；《多電子高比能鋰硫二次電池》科學(xué)出版社2020年出版）。Google Scholar顯示被引量達(dá)16000余次，H指數(shù)高達(dá)69。
近期成果
陳人杰教授團(tuán)隊(duì)科研成果突出，取得了諸多優(yōu)異的成果，而近期更是成果井噴！自國(guó)慶長(zhǎng)假第二天10月2日起至節(jié)后第一天10月8日這一周內(nèi)，連發(fā)3篇Advanced Materials（AM, IF=30.849）、1篇Advanced Energy Materials（AEM, IF=29.368）、1篇Nano-micro Letters（NML, IF=16.419）等5篇重磅成果，總IF過(guò)100！其中10月8號(hào)更是一天同時(shí)發(fā)表2篇AM+1篇AEM，實(shí)在是太強(qiáng)了！在此為大家簡(jiǎn)單介紹下這5篇優(yōu)異成果，以供學(xué)習(xí)和參考。
三維（3D）主體材料可以有效減緩鋅（Zn）金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)。然而，使用3D基底增加的電極/電解液反應(yīng)面積加速了負(fù)極界面的鈍化和腐蝕，最終降低了電化學(xué)性能。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、謝嫚副教授（共同通訊）等人通過(guò)定向冷凍過(guò)程構(gòu)建了可折疊的MXene/石墨烯氣凝膠混合支架，基于豐富的親鋅特性和微孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)電沉積過(guò)程將金屬Zn致密地封裝在其內(nèi)部。在循環(huán)過(guò)程中，由于MXene中固有的氟終端，在負(fù)極/電解液處原位形成富含ZnF2的固體電解質(zhì)界面 (SEI)可以有效抑制枝晶生長(zhǎng)。此外，3D微尺度分布的塊狀鋅設(shè)計(jì)抑制了析氫反應(yīng)（3.8 mmol h-1 cm-2）和通過(guò)原位/異位測(cè)試的鈍化。因此，在對(duì)稱電池測(cè)試中，電極在10 mA cm-2下具有超過(guò)1000小時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)壽命。在連續(xù)單折疊和雙折疊之后，具有復(fù)合負(fù)極和LiMn2O4正極（60% 放電深度）的準(zhǔn)固態(tài)可折疊電池仍保持超過(guò)91% 的高容量保持率。這項(xiàng)研究為水系鋅離子電池提供了一種革命性的封裝理念以及可折疊的研究。Encapsulation of Metallic Zn in Hybrid MXene/Graphene Aerogel as Stable Zn Anode for Foldable Zn-ion Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106897https://doi.org/10.1002/adma.202106897
10月6日NML: 用于下一代可充電電池的MOF基材料的合理設(shè)計(jì)
基于金屬有機(jī)框架 (MOF) 的材料具有高孔隙率、可調(diào)成分、多樣化結(jié)構(gòu)和多功能功能，為下一代可充電電池應(yīng)用提供了廣闊的空間。在此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人總結(jié)了用于下一代可充電電池（鈉離子電池、鉀離子電池、鋅離子電池、鋰硫電池、鋰氧電池和鋅空氣電池）的原始MOFs、MOF復(fù)合材料、MOF衍生物和MOF復(fù)合材料的最新進(jìn)展。作者全面討論了電極材料、隔膜、電解質(zhì)和金屬負(fù)極的組件、結(jié)構(gòu)和性能在提高電池性能方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)介紹了各種MOF相關(guān)材料的可控制備和電池性能增強(qiáng)機(jī)制的關(guān)鍵因素。最后提出了MOF設(shè)計(jì)策略的主要挑戰(zhàn)和前瞻性解決方案。盡管MOFs近年的研究很大進(jìn)展，但基于MOF的先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)仍處于研究的早期階段，需要合成新型MOF復(fù)合材料以及原位表征對(duì)電化學(xué)過(guò)程的基本機(jī)理進(jìn)行深入研究。此外，制備MOF的高成本和環(huán)境破壞仍然阻礙其實(shí)際應(yīng)用，這需要在未來(lái)的研究中進(jìn)一步努力。這篇綜述將有助于指導(dǎo)和啟發(fā)用于下一代可充電電池的先進(jìn)MOF 基材料的未來(lái)設(shè)計(jì)。Rational Design of MOF-Based Materials for Next-Generation Rechargeable Batteries, Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00726-zhttps://doi.org/10.1007/s40820-021-00726-z
10月8日AEM: 用于快速充電鋰金屬電池的石墨烯/碳納米管復(fù)合氣凝膠支架
鋰金屬負(fù)極以其高比容量和最低的氧化還原電位引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。然而，鋰枝晶的不可控生長(zhǎng)和低庫(kù)侖效率 (CE) 將其排除在實(shí)際應(yīng)用之外，尤其是在快速充電領(lǐng)域。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人通過(guò)簡(jiǎn)單的一鍋水熱反應(yīng)制備了石墨烯/碳納米管復(fù)合材料（GCNT）氣凝膠并將其作為鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定主體。具有大表面積和高電導(dǎo)率的多孔氣凝膠可以顯著降低局部電流密度，從而實(shí)現(xiàn)球形和均勻的鋰沉積。GCNT 氣凝膠電極可以在1 mA cm-2的電流密度和 1 mAh cm-2 的容量下進(jìn)行430 次循環(huán)并保持97.7% 的高CE，對(duì)稱電池可以維持高達(dá)8 mA cm-2的高電流密度。與LiFePO4正極配對(duì)的復(fù)合負(fù)極顯示出超高倍率能力（18C倍率時(shí)97.6%的超高容量保持率）和99.1%的平均CE（4 C下570次循環(huán)）。當(dāng)與 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極配對(duì)時(shí)，復(fù)合負(fù)極還可以表現(xiàn)出10 C的高倍率，并在隨后的2 C下的470次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了83.2% 的高容量保持率和99.8% 的平均 CE。這項(xiàng)工作為3D導(dǎo)電碳基體的設(shè)計(jì)提供了見(jiàn)解，并將促進(jìn)用于高能量密度應(yīng)用的快充鋰金屬電池的發(fā)展。From Flower-Like to Spherical Deposition: A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102454https://doi.org/10.1002/aenm.202102454
10月8日AM: 一種用于高能鋰電池的抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極
鋰金屬是下一代高能電池最有前途的負(fù)極候選之一，然而鋰粉化和相關(guān)的電接觸損失仍然是重大挑戰(zhàn)。在此，北京理工大學(xué)陳人杰教授等人報(bào)道了一種抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極，該負(fù)極包含少量固態(tài)電解質(zhì) (SSE) 納米顆粒作為保形/犧牲填料，銅 (Cu) 箔作為支撐集流體。在SSE的引導(dǎo)下，這種新型負(fù)極促進(jìn)了鋰的成核，有助于在循環(huán)過(guò)程中形成圓形、微尺寸且無(wú)枝晶的電極，從而有效地減緩鋰枝晶的生長(zhǎng)?；旌县?fù)極中嵌入的銅集流體不僅增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度，而且提高了活性鋰絲之間的有效電荷轉(zhuǎn)移，提供良好的電極結(jié)構(gòu)完整性和電連續(xù)性。因此，這種抗粉化和高連續(xù)性的鋰負(fù)極在1 mA cm-2的電流密度下提供≈99.6% 的高平均庫(kù)侖效率，可循環(huán) 300 次。配備該負(fù)極的鋰硫電池（元素硫或硫化聚丙烯腈正極）分別在其相應(yīng)的醚基或碳酸鹽基電解液中顯示出高容量保持率。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)避免在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)歷較大體積變化的電極提供了重要參考。An Antipulverization and High-Continuity Lithium Metal Anode for High-Energy Lithium Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105029https://doi.org/10.1002/adma.202105029
10月8日AM: 基于集成多氧化還原中心的雙有機(jī)層正極的高性能水系鋅電池
具有氧化還原活性位點(diǎn)和柔性結(jié)構(gòu)的有機(jī)正極材料有望用于開(kāi)發(fā)具有高容量和大輸出功率的水系鋅離子電池。然而大多數(shù)有機(jī)主體的儲(chǔ)能依賴于Zn2+/H+與單一官能團(tuán)之間的配位/失配反應(yīng)，導(dǎo)致容量差、放電平臺(tái)低和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為此，北京理工大學(xué)陳人杰教授、李麗教授（共同通訊）等人率先在納米多孔碳上依次原位電沉積穩(wěn)定的聚（1,5-萘二胺，1,5-NAPD）作為中間層和優(yōu)異的導(dǎo)電聚（對(duì)氨基苯酚，pAP）作為表層以優(yōu)化有機(jī)正極的結(jié)構(gòu)，稱為C@多層聚合物。原位分析、電化學(xué)測(cè)量和理論計(jì)算證明，雙有機(jī)層正極中C=O和C=N活性位點(diǎn)可以同時(shí)以旋轉(zhuǎn)和配位的聚合物鏈存儲(chǔ)Zn2+以提高容量和穩(wěn)定性。得益于雙有機(jī)層的協(xié)同效應(yīng)，C@多層聚合物正極表現(xiàn)出高容量（348 mAh g-1）、優(yōu)異的倍率性能（132 mAh g-1@40 A g-1）、超過(guò)5000次循環(huán)的長(zhǎng)壽命，即使在商業(yè)負(fù)載（10.2 mg cm-2）下也具有2.8 mAh cm-2的優(yōu)異面積容量，證明了3D雙有機(jī)層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。這種具有多個(gè)活性位點(diǎn)的獨(dú)特鋅離子存儲(chǔ)機(jī)制為構(gòu)建先進(jìn)的鋅有機(jī)電池創(chuàng)造了新的機(jī)遇。High-Performance Aqueous Zinc Batteries Based on Organic/Organic Cathodes Integrating Multi-Redox Centers, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106469https://doi.org/10.1002/adma.202106469
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