名师出高徒！来看看崔屹团队走出来的麻省理工科技青年英雄榜！
少年强，则国强！2017年至今，《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”（Innovators Under 35）榜单每年都会引起社会关注，至此已成功举办三届。2020年12月10-11日，新一轮的中国区榜单在浙江绍兴发布，评选了35位近年来中国最具创新力的青年科学家。
美国斯坦福大学崔屹教授课题组是全球范围内能源、纳米材料领域最具影响力的团队之一，从中也走出了许多杰出的青年学者，并入选全球英雄榜和中国区英雄榜，包括伍晖（清华大学副教授）、朱嘉（南京大学教授）、孙永明（华中科技大学教授）、陆盈盈（浙江大学研究员）、刘凯（清华大学助理教授、特别研究员）、金阳（郑州大学副教授）等。本期，编辑做了整理，重点关注目前在国内高校工作的青年英才，并对其近期研究工作进行了汇总整理。
1. 伍晖 清华大学副教授
伍晖，1983年1月出生，博士，清华大学材料学院副教授。主要从事功能无机纳米材料和新能源材料的制备和应用研究。2004年7月毕业于清华大学化学工程系高分子专业，2009年7月获清华大学工学博士学位，2009年7月起在美国斯坦福大学材料系从事博士后研究。2013年5月进入清华大学材料学院工作，任职副教授。从事能源存储材料、一维纳米结构无机功能材料的合成、组装及其结构-功能一体化的研究。以第一作者或通讯作者身份在 Nature Energy, Nature Chemistry, Nature Nanotechnology, Nature Communications 等学术期刊发表论文100余篇，发表论文被引用超过15000次，H 因子43。所发表论文有 13 篇被计入ISI高引用论文（ISI highly cited papers)。获得麻省理工科技评论( MIT-Technology Review)评选的2014年度35位35岁以下青年创新人物（35 Innovators Under 35, or TR35），入选中组部第五批“青年千人计划”、清华大学“基础研究青年骨干人才计划”，获得全国百篇优秀博士学位论文、北京市科技进步三等奖（排名第 2）、中国硅酸盐学会优秀青年科学家提名奖、清华大学学术新秀、清华大学优秀博士毕业生。2015年开始承担科技部青年973计划“柔性储能材料中的关键科学问题”和基金委优青项目。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 二氧化硅-氧化铝复合陶瓷海绵
作为绝热体、能量吸收器、催化剂载体和高温空气过滤器，迫切需要具有温度不变的高压缩性的先进陶瓷海绵材料。然而，由于制备工艺复杂，陶瓷海绵材料的应用受到严重限制。在这里，清华大学伍晖副教授和北京大学韦小丁特聘研究员合作，提出了一个简单的吹纺和煅烧的方法，来大规模制造高压缩性、耐高温的二氧化硅-氧化铝复合陶瓷海绵。实验成功地制备了各向异性层状陶瓷海绵，具有大量堆叠的微纤维层，密度低至10mg cm-3。各向异性层状陶瓷海绵表现出高抗压缩疲劳性、零泊松比、坚固的耐火性、从196℃到1000℃的温度非相关压缩弹性，以及热导率低至0.034 W m-1 K-1的优异绝热性能。此外，层状结构还赋予了陶瓷海绵优异的吸声性能，代表了现有隔热和吸声材料的一种有前途的替代物。
图1 二氧化硅-氧化铝复合陶瓷海绵的制备。
参考文献：Highly compressible and anisotropic lamellar ceramic sponges with superior thermal insulation and acoustic absorption performances
https://www.nature.com/articles/s41467-020-17533-6
（2）Nat. Sustain.: 使用固体电解质从低纯度来源获得的高纯度电解锂
鉴于锂在各种工业应用中的广泛使用，锂是社会经济系统可持续发展的重要资源。锂金属的工业生产依赖于由高纯度氯化锂和氯化钾组成的混合物的电解。然而，氯化锂的提纯昂贵且不可持续，需要大量的能量和使用有毒的化学试剂，因此高效且可持续地生产高纯度锂是一个挑战。斯坦福大学崔屹教授和清华大学伍晖副教授报道了一种用固态电解质由低纯度氯化锂生产高纯度电解锂的新方法。利用固体电解质的高锂离子选择性，通过电解低纯度氯化锂直接获得高纯度的金属锂。与传统方法相比，我们的新方法提供了两个重要的优点:(1)从低品质盐水中，使用低纯度氯化锂降低了生产高纯度锂的成本，并且更简单的纯化过程减少了能量和化学试剂的使用；(2)电解过程的操作温度从400℃降低到240℃，减少了能量额外的使用。
图2 传统电解装置与新型电解装置的比较。
参考文献：High-purity electrolytic lithium obtained from low-purity sources using solid electrolyte
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0485-x
2. 朱嘉 南京大学教授
朱嘉，南京大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，长期从事基于微纳结构的光热调控领域的研究。研究方向包括：1）纳米光子学；2）低维热传输；3）界面光热材料； 4）辐射制冷。英国皇家化学学会会士，担任Nanophotonics责任编辑与Advanced Photonics的编委。曾获科学探索奖（2020）、陈嘉庚青年科学家奖（2018）、美国光学学会青年科学家奖(2017)、江苏省五四青年奖章（2017）、杜邦青年教授奖(2016)、饶毓泰基础光学奖优秀奖（2016）、麻省理工技术评论全球青年创新人物奖(2016)等。
近期代表性成果：
（1）Nat. Nanotechnol.：可扩展和分层设计的聚合物薄膜作为选择性热发射器
传统的冷却系统消耗大量的能量，因此加剧了温室效应。被动辐射冷却，通过常压透明窗口(8-13μm)将物体的热量散发到外层空间而不消耗任何能量，已经吸引了很多注意力。辐射冷却的独特之处在于常压透明窗口的高发射率，热量可以通过该窗口散发到外界环境中。因此，为了实现高冷却性能，选择性发射器的设计和制造至关重要，其中发射在透明窗口中占主导地位，因为这种光谱选择抑制了来自周围热辐射的寄生吸收。最近，已经研究了具有定制光谱响应的各种材料和结构，以实现白天辐射冷却的效果。然而，大多数报道的辐射冷却材料具有覆盖整个中红外波长的宽带吸收/发射。在此，南京大学朱嘉教授和朱斌助理研究员展示了一种分级设计的聚合物纳米纤维薄膜，通过可扩展的静电纺丝工艺生产，能够实现选择性中红外发射，有效的阳光反射，因此具有出色的全天辐射冷却性能。具体来说，C-O-C(1260-1110 cm-1)和C-OH(1239–1030cm-1)结合在8–13μm波长范围内赋予了78%的选择性发射率，而直径可控的纳米纤维设计在0.3–2.5μm波长范围内允许96.3%的高反射率。因此，实验观察到这种选择性热发射器与非选择性热发射器相比，在夜间有约3℃的冷却改善，在阳光下有5℃的亚环境冷却。凭借其出色的冷却性能和可扩展的工艺，这种分层设计的选择性热发射器，为全天辐射冷却材料的大规模应用开辟了一条新的途径。
图3 选择性热发射器的理论分析和制作工艺。
参考文献：Scalable and hierarchically designed polymer film as a selective thermal emitter for high-performance all-day radiative cooling
https://www.nature.com/articles/s41565-020-00800-4
（2）Nature：稳定、高性能钠基等离子体近红外器件
等离子体激元能够操控超过光学衍射极限的光，因此可能在光子器件、光学隐形、生化传感和超分辨率成像等应用中带来优势。然而，等离子体激元器件的基本场限制能力总是伴随着寄生欧姆损耗，这严重降低了它们的性能。因此，比贵金属损耗低的等离子体材料(电子集体振荡的材料)早就被发现。在这里，南京大学朱嘉教授、祝世宁、周林，北京大学马仁敏展示了稳定的钠基等离子体激元器件，在近红外波长下具有最先进的性能。作者使用热辅助旋涂工艺制作了电子弛豫时间长达0.42皮秒的高质量钠薄膜。直接波导实验表明，钠-石英界面支撑的表面等离子体激元在近红外波长下的传播长度可达200 μm。进一步展示了室温钠基等离子体纳米激光器，其激光阈值为每平方厘米140千瓦，低于之前报道的近红外波长等离子体纳米激光器的值。这些钠基等离子体激元器件在用环氧树脂封装后的几个月内，在环境条件下表现出稳定的性能。这些结果表明，与使用贵金属的器件相比，等离子体激元器件的性能可以得到极大的改善，这对等离子体激元、纳米光子学和超材料的应用具有重要意义。
图4 通过热辅助旋涂工艺制备的钠膜。
参考文献：Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near infrared
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9
3. 孙永明 华中科技大学教授
孙永明，博士，华中科技大学武汉光电国家研究中心教授、博士生导师，入选国家高层次青年人才项目，《麻省理工学院科技评论》“TR35 全球科技创新领军人物”（35 Innovators Under 35）中国区榜单。2002年9月至2009年6月，在中国地质大学（武汉）获得本科和硕士学位; 2009年9月至2012年6月，在华中科技大学获得博士学位; 2013年8月至2017年8月，在美国斯坦福大学从事博士后研究。
孙永明教授长期从事新型储能材料与技术等方向的科学研究，在相关领域取得了一系列突出成果，迄今为止，在Science, Nature Energy, Nature Nanotechnology等知名国际期刊发表论文50余篇。其中发表第一作者或通讯作者论文20+篇。所发第一作者或通讯作者论文7篇入选ESI高被引论文，1篇入选ESI热点论文，1篇入选ESI研究前沿论文。此外，申请美国专利4项，已公开2项。据google scholar, 所发论文引用超过7200次，H因子为38。
近期代表性成果：
（1）Adv. Mater.: 200 ℃以上循环的锂金属负极电池
锂金属电极由于其低熔点(180.5℃)和高反应性而不能承受常规电池配置的高温(例如，> 200℃)，这限制了其在高温锂金属电池中的应用，并引起常规室温锂金属电池的安全问题。本文报道了一种Li5B4/锂复合材料，其特征在于3D Li5B4原纤维骨架填充有金属锂，其在氩气氛中在325℃保持其初始结构而没有液态锂的泄漏。Li4B5原纤维骨架的多孔结构，及其亲锂表面所产生的毛细作用力，限制了液态金属锂的泄漏，并使Li5B4/锂复合材料具有良好的耐热性。因此，可以方便地操作可充电高温锂金属电池。Li5B4/锂电极与石榴石型陶瓷电解质(Li6.5La3Zr0.5Ta1.5O12)耦合以制造对称电池，该电池在200℃下表现出稳定的锂剥离/电镀行为，具有~6 mV的低过电位。本工作为实现高温锂金属电池的稳定锂金属负极提供了新的见解，其具有简单的电池结构和高安全性。
图5 Li5B4/锂||Li5B4/锂对称电池(含LLZTO固态电解质片)制备示意图。
参考文献：Stable, high-performance sodium-based plasmonic devices in the near infrared
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2306-9
（2）Nat. Commun.: 超高倍率电池负极用互穿锂金属/锂锡合金箔
为了实现高能量密度电池锂金属负极的良好倍率性能，一个基本的挑战是界面处锂的缓慢扩散。在此，华中科技大学孙永明教授和斯坦福大学崔屹教授合作，报道了一种相互渗透的三维锂金属/锂锡合金纳米复合箔，通过简单的锂和锡箔压延和折叠过程，以及自发的合金化反应实现。作为混合电子和离子导电网络，金属锂和锂锡合金之间的强亲和力，以及它们丰富的界面使得电荷能够超快扩散到整个电极。研究证明，锂/锂锡合金箔电极在30 mA cm-2和5 mAh cm-2下保持稳定的锂剥离/电镀，在商用碳酸酯电解质中200次循环的超电势非常低，为20 mV。在6 C (6.6 mA cm-2)下循环，1 mAh cm-2 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2电极通过与这种负极配对保持其容量的74%。
图6 Li/Li22Sn5纳米复合箔的制备示意图。
参考文献：Mechanical rolling formation of interpenetrated lithium metal/lithium tin alloy foil for ultrahigh-rate battery anode
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14550-3
4. 陆盈盈 浙江大学研究员
陆盈盈，浙江大学化学工程与生物工程学院研究员，主要从事锂电池等能源材料的研究，2015年第十一批国家“青年千人计划”获得者，2015年美国康奈尔大学Austin Hooey Award获得者。自2012年以来发表学术论文20篇，以第一作者在Nat. Mater., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater.等杂志发表论文8篇。获得美国专利1项，申请美国专利1项。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 在全固态反应器中电化学还原二氧化碳为高浓度纯甲酸溶液
电化学二氧化碳还原反应转化为液体燃料目前面临的挑战是产品浓度低，以及它们与传统液体电解质(如碳酸钾溶液)的混合。在这里，莱斯大学汪淏田教授、浙江大学陆盈盈研究员报告了一个全固态电化学CO2还原反应系统，用于连续产生高纯度和高浓度的甲酸蒸汽和溶液。阴极和阳极由多孔固体电解质层隔开，在该层中，电化学产生的甲酸盐和质子重新结合形成分子甲酸。生成的甲酸可以通过流经多孔固体电解质层的惰性气体流，以蒸汽的形式被有效去除。结合高活性、选择性和稳定性晶界富集铋催化剂，研究证明可实现超高浓度的纯甲酸溶液(高达近100 wt%)通过灵活调节载气流从产生的蒸汽中冷凝。
图7 全固态电化学CO2还原反应器示意图及性能比较。
参考文献：Electrochemical CO2 reduction to high-concentration pure formic acid solutions in an all-solid-state reactor
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202004853
（2）Angew. Chem. Int. Edit.: 协同双添加剂电解质实现实用锂金属电池
一个可充电的锂金属负极与一个高电压正极相结合，是一种实现高能量密度电池的有效途径。浙江大学陆盈盈研究员课题组报道了一种先进的双添加剂电解质，它含有独特的溶剂化结构，包括在碳酸酯类电解质中的三(五氟苯基)硼烷添加剂和硝酸锂。该系统产生坚固的外部Li2O固体电解质界面和含氟、硼的共形正极电解质界面。由此产生的稳定的离子传输动力学使得Li/LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2在高挑战性条件下(电池水平为295.1 Wh kg-1) 循环140次，保留80%的容量。对于4.6V LiCoO2(160次循环，容量保持率89.8%)正极和4.95V LiNi0.5Mn1.5O4正极，该电解质还表现出高循环稳定性。
图8 双添加剂电解质的制备及表征。
参考文献：Synergistic Dual‐Additive Electrolyte Enables Practical Lithium‐Metal Batteries
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202004853
5. 刘凯 清华大学助理教授
刘凯，清华大学化工系教研系列助理教授，特别研究员，博士生导师。研究方向为新能源高分子储能材料和电池安全材料研究。以第一作者或者通讯作者身份在国际知名学术期刊（如Science Advances，JACS， Joule， Angew Chem，Adv Mater等）发表论文 16篇，其中三篇论文为ESI高被引论文。研究成果多次被Science，Nature Materials，NPG Asia Materials等学术刊物撰专文Highlight和报道，同时也被CNN，BBC和科技日报等媒介报道。总被引近6000次，h指数为41。曾入选海外高层次人才引进计划，获《麻省理工科技评论》 “35岁以下科技创新35人”(TR35)中国榜单，瑞士Dinitris N. Chorafas青年研究奖（全球每年遴选30人）、清华大学学术新秀等多项奖励。
近期代表性成果：
（1）ACS Cent. Sci.: 水性无机聚合物粘合剂
因其高能量密度、低成本和环境友好性，锂硫电池被认为是便携式电子设备和电动车辆的有前途的下一代高能量密度存储装置。然而，由于硫的离子绝缘性质和多硫化物在电解质中的溶解，以及随后的副反应导致硫利用率低和循环寿命差，仍然存在一些问题有待充分解决。硫的高可燃性是另一个严重的安全问题，阻碍了它的进一步应用。在此，开发了一种水性无机聚合物聚磷酸铵，作为新型多功能粘合剂来解决上述问题。新型粘结剂主链与多硫化锂的强结合亲和力阻止了多硫化阴离子的扩散，抑制了它们的穿梭效应。新型粘结剂与锂离子的偶联促进了离子转移，促进了正极反应的动力学。此外，该粘结剂可以作为阻燃剂，从而显著降低硫正极的可燃性。此外，粘合剂的水性特征避免了使用有毒的有机溶剂，因此显著提高了安全性。因此，基于这种粘合剂，在4 C下获得了520 mAh g-1的高容量和在0.5C下循环400次，每次循环容量衰减0.038%的优异循环稳定性。这项工作为制造下一代高能量密度锂硫电池提供了一种可行而有效的策略。
图9 多硫化物的吸附和溶胀特性。
参考文献：An Aqueous Inorganic Polymer Binder for High Performance Lithium−Sulfur Batteries with Flame-Retardant Properties
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.7b00569
（2）Joule: 可拉伸锂金属负极
可拉伸电池是可拉伸/柔性电子设备的关键组件。然而，由于低锂存储能力，它们通常表现出低能量密度。锂金属是理想的负极材料，但它具有延展性，不稳定的电化学性能则阻碍了它的实际应用。在此，斯坦福大学崔屹教授和刘凯（第一作者）首次制备了具有稳定的机械和电化学性能的可拉伸锂金属负极。它由高弹性聚合物橡胶连接的单实体3D图案化锂金属微区组成。拉伸时，橡胶吸收机械能，而电活性锂畴没有机械应变。此外，整个电极是通过简单地缠绕一根铜线来制造的，这是容易实现，并且具有成本效益。可拉伸锂金属负极是开发新型可拉伸“锂金属电池”而非传统可拉伸“锂离子电池”的关键步骤，以提高可拉伸储能装置的能量密度。
图10 可拉伸电极的制造过程示意图。
参考文献：Stretchable Lithium Metal Anode with Improved Mechanical and Electrochemical Cycling Stability
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118302393?via%3Dihub
6. 金阳 郑州大学副教授
金阳，博士，现任郑州大学电气工程学院副教授（直聘），郑州大学青年拔尖人才支持计划入选者。2012年本科毕业后保送至西安交通大学电气工程学院电力设备与电气绝缘国家重点实验室硕博连读。2014年至2016年获得国家留学基金委公派留学资助赴美国麻省理工学院和斯坦福大学进行联合培养博士学习，在能源类著名科学家崔屹教授的指导下进行锂离子电池储能技术的研究。2017年博士毕业后进入郑州大学电气工程学院，建立“电网储能与电池应用研究中心”。近三年以第一作者身份发表10余篇SCI学术研究论文，包括Nature Energy、Nature Communications、Energy & Environmental Science、PANS、JMCA等。以合作者身份在Science Advances，PANS, Advanced Materials 等期刊发表研究论文20余篇。主持多项科技项目，包括国家自然科学基金青年基金1项（2019年），军委科技委综合局电池储能科技项目1项（2018年），国网河南省电力公司电池储能类科技项目2项（2018年），国网江苏省电力公司储能电站消防科技项目1项（2019年）。
近期代表性成果：
（1）Nat. Commun.: 用于电网规模能量存储的多硫化锂液流电池
多硫化锂电池具有几个有利的属性，包括低成本和高能量密度的电网储能。然而，在碳和锂表面上不可溶和不可逆的硫化物物种的沉淀(称为“死亡”硫化物物种)导致高质量负载电池中的连续容量退化，这是锂硫电池面临的巨大挑战。为了解决这个问题，斯坦福大学崔屹教授、金阳提出了一个策略，通过在搅拌和加热(70℃)下使死硫化物与硫粉末反应来恢复电池容量，并进一步展示了一个基于再活化方法的液流电池系统。因此，实现了超高面负载(0.125 g cm–3)、高体积能量密度(135 Wh L–1)、良好的循环寿命和高单电池容量。高体积能量密度预示着它在未来电网储能中的应用前景。
图11 搅拌加热法再活化多硫化锂电池的示意图。
参考文献：Reactivation of dead sulfide species in lithium polysulfide flow battery for grid scale energy storage
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00537-0
（2）Nat. Energy: 一种用于电网储能的石榴石型固体电解质基熔融锂电池
电池是一种有吸引力的电网能量存储技术，但一个可靠的电池系统仍然难以实现电网所需的功能，如高功率能力、高安全性和低成本。在这里，我们报告了一种基于固体电解质的熔融锂电池，由熔融锂负极、熔融锡-铅或铋-铅合金正极和石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)固体电解质管构成。结果表明，组装后的锂-铅电池和铋-铅电池可以在240℃的中间温度下，以50 mA cm-2和100 mA cm-2的电流密度稳定循环约一个月，几乎没有容量衰减，平均库仑效率为99.98%。此外，电池表现出高功率能力，对于锂||LLZTO||锡–铅，电流密度高达300 mA cm-2 (90 mW cm-2)，对于锂||LLZTO||铋–铅，电流密度高达500 mA cm-2 (175 mW cm-2)。该研究的设计为中温运行、高安全、低建设成本和维护成本的电网储能提供了前景。
图12 锂||LLZTO||液体正极电池的示意图和光学图像。
参考文献：An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage
https://www.nature.com/articles/s41560-018-0198-9
本文由Nelson供稿。
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