海南大学田新龙教授团队Advanced Materials综述：层状材料的层间工程用于高效离子分离与存储

第一作者：杨金霖副研究员

通讯作者：杨金霖副研究员*，张慧研究员*，田新龙教授*

单位：海南大学

层状材料具有独特的范德华间隙，通过嵌入客体物质可以调控其物理/化学性质，在能量转换与存储、环境、光电等领域展现出极大的应用潜力。尤其对于离子分离和存储等涉及离子传输的相关应用，层间纳米通道的合理设计与调控对于改善传输性能起着至关重要的作用。本篇综述回顾了层状材料及其衍生二维材料的层间工程在近些年的研究进展，涵盖方法、机制、应用等多方面内容。本文为未来层状材料的研究提供了方向，有助于加速利用层间工程策略拓展新的研究及实际应用。

近日，海南大学田新龙教授团队在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Interlayer Engineering of Layered Materials for Efficient Ion Separation and Storage”的综述文章。该综述文章首先系统性总结了层状材料的层间工程方法，随后结合具体研究工作，重点梳理和归纳了层间工程在离子分离与存储方面的应用，最后对层间工程的未来发展进行了展望。

层状材料的层间工程策略包括插层与剥离-重组装。插层是一种常见的方法，通过将外部客体物质嵌入层状材料的层间空间，可以实现对材料物理/化学性质的精细调控。根据插层方式，插层可以分为湿化学插层与电化学插层。湿化学插层法简单、安全且适合规模化制备，但该方法在插层剂浓度的精确调节和化学均匀性方面存在局限性。电化学插层法可以通过控制施加的电压来精确控制插层过程，这弥补了湿化学插层的不足。剥离-重组装方法适用于一些无法直接插层的层状材料。通过将层状材料剥离成二维材料，再进一步组装，可以实现构建一系列功能材料，例如纳米复合材料和纳米膜。

层状材料及其衍生的二维纳米片在离子分离和储存等离子传输相关领域得到了广泛的应用。二维纳米片的原子厚度和微米级横向尺寸使其成为构建用于分离技术的超薄膜的理想选择，在堆叠的纳米片之间形成的二维通道使离子或分子的快速和选择性传输成为可能。文章中详细讨论了层间工程对离子分离的影响，包括尺寸控制和稳定结构作用。此外，层状材料及其衍生的二维纳米片也被认识是理想的储能电极材料。它们可以提供充分的活性位点和开放的传输通道，从而提高电化学性能。层间工程策略已被证明是提高电导率、改善离子传输动力学和增强结构稳定性的有效方法，为解决电极材料面临的问题提供了方案。

本文对层状材料的层间工程策略及其在离子分离与存储领域的应用进行了全面详细的综述，并对该领域的未来研究提出了以下几点展望：

Interlayer Engineering of Layered Materials for Efficient Ion Separation and Storage

杨金霖，海南大学海洋科学与工程学院副研究员、博士生导师、海南自由贸易港高层次拔尖人才；长期从事多价态离子电池（包括镁/锌/铝离子电池）、海水基卤素电池、二维材料功能化应用研究。以第一/通讯作者在PNAS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy等学术期刊上发表SCI论文10余篇；主持国家自然科学基金、海南省重点研发计划、海南大学高层次人才科研启动基金等科研项目；担任《Microstructures》和《Green Carbon》期刊青年编委。

张慧，海南大学海洋科学与工程学院研究员、博士生导师；于2014年和2019年分别从四川大学和北京大学获得工学学士学位和理学博士学位，随后于日本冲绳科学技术大学院大学和沙特阿卜杜拉国王科技大学从事博士后研究工作；2022年10月加入海南大学。长期从事碳纳米材料合成与制备、新型电池体系（包括锂离子电池，锂硫电池和水系锌离子电池等）、二氧化碳电化学还原与利用研究。在 Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., 和ACS Nano等学术期刊上发表SCI论文29篇，主持国家自然科学基金、海南大学高层次人才科研启动基金等科研项目，曾参与科技部国家重点研发计划、科技部政府间国际科技合作创新重点专项、国家杰出青年基金和国家自然科学基金面上项目等项目。任《Carbon Neutrality》、《Energy Materials and Devices》、《Progress in Natural Science: Materials International》、《Exploration》和《Microstructures》等期刊青年编委。

田新龙，海南大学海洋科学与工程学院副院长，国家青年拔尖人才，教授、博士生导师；海南省电化学储能与能量转换重点实验室副主任、智慧海洋能源与深海资源开发工程研究中心副主任，海南大学海洋清洁能源创新团队负责人；长期从事电化学能量转换与存储领域的应用基础研究，包括氢燃料电池、海水制氢“和海水电池等。以第一/通讯作者在Science、Joule、JACS、AM等学术期刊上发表SCI论文100余篇；主持国家级基金5项，授权国家发明专利12项，美国发明专利1项；担任J. Energy Chem., eScience，Carbon Energy等期刊青年编委；荣获《麻省理工科技评论》亚太区“35岁以下科技创新35人”、侯德榜化工科学技术青年奖、海南青年科技奖、海南青年五四奖章和海南省自然科学一等奖等荣誉。