乔羽教授、岳红军教授、孙世刚教授， Nano Letters：多功能氟化石墨烯助力长期稳定循环的锂-氧气电池

第一作者：吴小红

通讯作者：乔羽*，岳红军*，孙世刚*

单位：厦门大学， 中国科学院福建物质结构研究所

由于具有高的理论能量密度，锂-氧气电池被认为是极具潜力的下一代二次电池。但是，锂-氧气电池放电中间产物超氧根离子的活泼性，O₂以及超氧根离子与可溶性副产物的穿梭效应等复杂条件下锂金属负极的稳定性，使得锂-氧气电池的发展面临挑战。本篇工作通过在锂-氧气电池体系中引入氟化石墨烯，有效提高了超氧根离子的转化效率，抑制了超氧根离子相关的副反应以及O₂等穿梭效应引起的锂金属腐蚀，从而实现了长期稳定的锂-氧气电池循环。

本文中，来自厦门大学的乔羽教授、孙世刚教授与中科院福建物质结构研究所的岳红军教授合作，在国际知名期刊Nano Letters上发表题为“Stabilizing Li−O₂ Batteries with Multifunctional Fluorinated Graphene”的研究文章。该文章通过引入氟化石墨烯，加速了中间产物超氧根离子向放电产物Li₂O₂的转化，有效抑制了相关副反应以及复杂条件下锂金属的腐蚀，从工程学和科学角度上实现了长期稳定循环的锂-氧气电池。

氟化石墨烯的引入有效提升了锂-氧气电池深度放电容量，使得锂-氧气电池向理论大容量优势更近了一步。同时，O₂条件下以二次电池循环一定圈数后，再以一次电池放电，仍可释放一定容量。

图1、（a）-（d）氟化石墨烯的物性表征。（e）锂-氧气电池深度放电曲线。（f）O₂条件下引入氟化石墨烯，相继以二次电池和一次电池循环的电压-时间曲线。

要点二：超氧根离子相关副反应抑制

氟化石墨烯对超氧根离子的优先吸附加速了超氧根离子向Li₂O₂转化，减少了其在电解液中的停留时间，从而有效抑制了超氧根离子相关的副反应，提高了放电产物的产率与纯度。

图2、（a）-（c）一定容量下锂-氧气电池放电产物表征。（d）-（e）放电产物产量测定。（f）吸附能计算。（g）放电副产物表征。（h）引入氟化石墨烯影响氧还原反应的机理示意图。

要点三：O₂条件下的锂金属负极稳定性增强

氟化石墨烯的引入诱导锂金属负极表面形成了富LiF的SEI膜，有效阻挡了O₂以及可溶性副产物穿梭效应对锂金属造成的侵蚀，在极端O₂条件下提升了锂金属负极的循环稳定性。

图3、（a）-（d）化学条件下O₂环境中锂金属的表面物种分析。（e）-（j）电化学条件下O₂环境中锂金属的循环稳定性以及循环后锂金属表面物种分析。

要点四：锂-氧气电池循环寿命提升

氟化石墨烯的引入加速了中间产物超氧根离子向最终放电产物Li₂O₂的转化，有效抑制了相关副反应以及复杂条件下锂金属的腐蚀，氟化石墨烯的多功能助力长期稳定循环的锂-氧气电池。

图4、（a）锂-氧气电池倍率性能。（b）-（d）锂-氧气电池循环稳定性及循环后锂金属形貌表征。（d）-（g）循环一定圈数的锂-氧气电池中锂金属表面物种分析。（h）循环一定圈数的锂-氧气电池副产物表征。（i）引入氟化石墨烯实现长稳定循环的锂-氧气电池机理示意图。

“Stabilizing Li−O₂ Batteries with Multifunctional Fluorinated Graphene”

乔羽教授简介：厦门大学化学化工学院教授。国家海外高层次人才引进计划（青年项目，2019批次）获得者。厦门大学“南强青年拔尖人才支持计划”（A类，2021年度）；厦门市高层次人才引进计划（双百计划）。主要研究方向：二次电池相关新型储能体系开发（正极材料中阴离子氧化还原机理，电极电解液表界面电化学过程，电解液体系溶剂化构型改性研究，二次电池产气精细分析，等）；二次电池相关电化学原位谱学表征（原位气相质谱、原位红外、Raman，等）。

以第一作者和通讯作者身份在Nature Energy, Nature Catalysis, Joule (5篇), Angew. Chem. (5篇), Energy Environ. Sci. (4篇), Adv. Mater. (6篇), Adv. Energy Mater. (4篇) 等科研期刊发表学术论文40余篇，并主持国家自然科学基金面上项目。

岳红军教授简介：中国科学院福建物质结构研究所教授。研究领域：锂/氟化碳电池，新型全固态电池研究。主要从事新能源材料及动力电池的开发研究，已参与完成多项国防科技项目。迄今已在国际刊物Nanotechnology, Electro Acta., J Mater Chem. A等期刊上上发表多篇研究论文及申请多件国家发明专利。

孙世刚教授简介：中国科学院院士，教授、博士生导师，获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、国际电化学会Brian Conway奖章、中法化学讲座奖和中国电化学贡献奖；被评为全国优秀科技工作者、全国模范教师和全国优秀博士学位论文指导教师。

任固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任，中国化学会副理事长。任国际Electrochimica Acta副主编、J. Electroanal. Chem.、ACS Energy Letters和国内《应用化学》编委，《物理化学学报》、《光谱学与光谱分析》、《化学学报》和《化学教育》副主编、《Journal of Electrochemistry》（电化学）主编。

厦门大学孙世刚院士团队（乔羽教授）招聘二次电池方向博士后

应聘岗位：

博士后1-2名（隶属嘉庚创新实验室）

应聘条件：

1、已取得或即将取得博士学位，年龄在35周岁以下；

2、具有独立开展研究工作的能力，以第一作者身份发表过二次电池能源电化学方向SCI一区论文2篇以上（能力特别突出、或课题组紧缺方向可降低要求）；

3、熟练掌握锂离子电池为主的二次电池体系相关知识，有较强的独立研究工作能力。优先考虑具有材料和结构、原位气相质谱、原位红外光谱等研究背景的申请者；

4、良好的英文阅读与写作能力；并且能够协助指导研究生完成科研工作（另有偿）；

5、优秀的学术道德和团队合作精神。

待遇条件：

1、基本薪酬 ：第一年24万元/年；第二年起每年增加2万（税前）；

2、提供厦大博士后公寓（翔安校区：约六七十平方米，房租 8-10元/平方米/月）或相应租房补贴；

3、博士后子女按学校教职工子女同等待遇办理入托儿所、幼儿园、入学；【注】入选 “博士后创新人才支持计划项目（博新计划）”、“香江学者计划”者，相关待遇按照国家及厦门大学相关规定执行。

4、成果特别突出的博士后，可协助其申报厦门大学南强拔尖人才计划，入选后可直接聘为正式副教授、特任研究员，具体待遇如下：享受厦门大学教授同等待遇，年薪35万；购房和安家补贴100万元，并可优先享受政府人才购房政策；学校提供100-200万元科研启动经费；每年可配备至少两名硕博士研究生，协助完成科研工作。

申请方式：

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