250多篇SCI，3项国际发明专利，近80项国内专利，致力于新能源材料产学研的大师- 大数跨境

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250多篇SCI，3项国际发明专利，近80项国内专利，致力于新能源材料产学研的大师

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2020-11-24

导读：个人简介潘锋教授（博士生导师）是北京大学深圳研究生院新材料学院创院院长，美国劳伦斯伯克利国家实验室高级访问科

个人简介

潘锋教授（博士生导师）是北京大学深圳研究生院新材料学院创院院长，美国劳伦斯伯克利国家实验室高级访问科学家。个人邮箱和主页：panfeng@pkusz.edu.cn和http://www.pkusam.cn/。

1985年获北京大学化学系学士，1988年获中科院福建物构所硕士（师从梁敬魁先生），1994年获英国Strathclyde大学博士(获最佳博士论文奖)，1994-1996年瑞士ETH博士后。

研究领域

目前，聚焦“新材料基因科学与工程（材料的“基因”探索，材料高通量的计算、合成与检测及数据库等系统工程）”的研发及用于“清洁能源及关键材料研发”，包括新型太阳能电池、热电发电、储能和动力电池及关键材料的跨学科的基础研究和应用，具有十多年在国际大公司从原创基础研究到创新产品产业化的经历。简单而言，可以分为下几部分：1、新能源材料基因组研究（设计、计算、合成、表征）；2、纳米与晶体的结构与性能；3、新型装备研究与开发（3D打印、高功率等离子）；4、动力与储能电池及关键材料；5、新型太阳能电池与关键材料（柔性薄膜、银浆）；6、新型室温热电材料。

履历及成果

在2011年创建了北京大学新材料学院（深圳研究生院），2012-2016年作为项目的首席科学家和技术总负责联合8家企业承担和完成了国家（3部委）重大专项-新能源汽车动力电池创新工程项目。2013年作为团队负责人获得广东省引进“光伏器件与储能电池及其关键材料创新团队”的重大项目支持。2015年任科技部“电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心”（国家级研发中心）主任。2016年作为首席科学家组织11家单位（8所大学+深圳超算+2家深圳百亿产值的电池企业）承担国家材料基因组平台重点专项（“基于材料基因组的全固态锂电池及关键材料研发”）。目前，潘锋教授团队已在SCI收录国外期刊发表近250多篇技术论文和书章，被Elsevier列为2015、2016和2017年中国高被引学者（Most Cited Chinese Researchers）之一，2018年获得美国电化学协会“ECS电池领域科技创新奖”。已获得3项国际发明专利，近80项国内专利申请。由于优秀成果太多，本文仅选取了潘锋教授团队今年的部分优质成果进行展示，以便大家了解和学习！

Chem. Soc. Rev.：利用表面结构构建高性能正极材料用于锂离子电池

如今，对于高性能电池的需求日益高涨，加快了对夹层式正极材料的晶体/表面结构和电化学性能的基本理解，其中橄榄石型、尖晶石和层状锂过渡金属氧化物材料受到特别关注。最新的研究集中在这些材料的宏观和块状晶体结构上，而忽略了作为发生电荷转移的受限区域，正极材料界面结构的电化学性能很大程度上是取决于正极从3D（块状）到2D（表面）的结构对称性改变。基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授等人报道了通过正极材料表面结构来构建高性能锂离子电池的最新进展。在本综述中，作者首次揭示了表面结构和原子/分子尺度上的界面重建之间的相关性及其对相应电化学性能的直接影响。更重要的是，通过扩展从这三种经过深入研究的系统中获得的知识，作者认为相同的既定原理可以普遍应用于已成为新电池化学前沿的其他正极材料。

Luyi Yang et al. Harnessing the surface structure to enable high-performance cathode materials for lithium-ion batteries. Chem. Soc. Rev., 2020, DOI: 10.1039/D0CS00137F.

Adv. Energy Mater.：N掺杂多孔碳中高分散的钴团簇对高性能Li-S电池具有多重作用

锂-硫（Li-S）电池具有比能量密度高和原材料成本较低的优点，被认为是下一代储能系统有希望的候选者。然而，Li-S电池的实际应用受到多硫化物的穿梭效应、电化学产物S和Li₂S/Li₂S₂绝缘等问题的严重限制。基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授、肖荫果教授和Jinlong Yang等人报道了他们通过N掺杂并结合高度分散的钴催化剂，开发了一种由葡萄糖吸附的金属有机骨架（MOF）衍生的多孔碳纳米笼作为硫正极的主体。这种主体结构存在高电导率、高硫负载量、有效的应力释放、快速的锂离子动力学和界面电荷传输、Li₂Sn的快速氧化还原以及强大的物理/化学吸收等优点，使得Li-S电池具有长循环寿命（在1 C下进行500次循环后，容量保持率仍高达86％）和高倍率性能（在5 C下600 mAh g^-1）。通过实验和密度泛函理论（DFT）计算证实，分散良好的钴团簇在改善锂的扩散动力学、增强主体结构中多硫化物的吸收和转化能力方面起着重要作用。

Rui Wang et al. Highly Dispersed Cobalt Clusters in Nitrogen-Doped Porous Carbon Enable Multiple Effects for High Performance Li–S Battery. Adv. Energy Mater., 2020, DOI: 10.1002/aenm.201903550.

Nano Energy综述：高性能水系Zn离子电池Zn负极的最新进展

水系锌离子电池（ZIBs）具有安全性高、环境友好性、成本低和能量密度高等优点，是大规模储能应用中最有希望的系统之一。对于ZIBs正极材料已被大量研究报道，但是关于提高Zn金属负极电化学性能的研究仍处于早期阶段。目前，Zn负极存在循环能力差和库仑效率（CE）低的问题。基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授和香港理工大学Bin Fei等人报道了现今水系ZIBs的Zn负极的最新发展状况。在本综述中，作者首先介绍了水系ZIBs的Zn负极存在的问题和解决方案，其中包括负极和电解质之间的界面改性等。更重要的是，对改善Zn负极电化学性能的一些具体设计策略进行了具体讨论，包括界面改性、新型Zn负极的3D结构设计以及开发新型电解质和隔膜。最后，作者还提出了改善水系ZIBs的Zn负极电化学性能的一些前景。

Hao Jia et al. Recent advances in zinc anodes for high-performance aqueous Zn-ion batteries. Nano Energy, 2020, DOI: 1016/j.nanoen.2020.104523.

Energy Storage Mater.：激光刻写重新堆叠的碳化钛MXene用于高性能超级电容器

碳化钛MXene（Ti₃C₂T_x，其中T_x表示-Cl、-F、-OH和=O）具有极高的电子电导率，但是由于二维（2D）材料的重新堆积导致离子迁移时间延长，因此超级电容器的倍率性能受到限制。基于此，南方科技大学徐保民讲席教授和北京大学深圳研究生院潘锋教授等人报道了他们利用超快激光写入技术，通过层间水和部分表面基团的瞬时光热气化，打开了层间水和部分表面基团的层间空隙，从而缓解了层间水和部分表面基团的空隙问题。在激光写入后，Ti₃C₂T_x薄膜的倍率性能得到有效改善。通过调整激光扫描路径的线密度，可以很好地控制电化学性能，并且在相对较高的倍率下在10 mV s^-1时的最优电容量为322 F g^-1，并且具有48％的高电容保持率、扫描速度提高了200倍。实验结果表明，带有激光写入的Ti₃C₂T_x电极的对称微型超级电容器在10 mV s^-1时具有15.03 mF cm^-2的高表面积电容，而在2000 mV s^-1时具有33％的超高电容保持率。此外，对于1 cm×1 cm的正方形薄膜，其激光写入过程仅需约1 s，显示出比其他方法更优越和大规模生产的潜力。

Jun Tang et al. Laser writing of the restacked titanium carbide MXene for high performance supercapacitors. Energy Storage Mater., 2020, DOI: 10.1016/j.ensm.2020.07.028.

Adv. Energy Mater.：通过抑制协同的Jahn-Teller畸变，使得锰尖晶石的锂离子存储容量翻倍

尖晶石型LiMn₂O₄（LMO）存在容量相对较低和衰减的问题，限制了其作为锂离子电池正极材料的应用。将LMO的电压范围扩展到3 V以下以获取双倍容量极其好，但是很难实现，因为严重的Jahn-Teller畸变会出现快速的容量损失。基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授和郑家新教授等人报道了他们利用实验中广泛使用的从头（ab initio）计算，证明了LMO中Mn³⁺O₆八面体的各个Jahn-Teller畸变之间存在协同效应，被称为协同Jahn-Teller畸变（CJTD）。作者进一步提出阳离子无序性（Mn位上过量的Li和Li/Mn交换）可以内在地抑制Mn³⁺O₆八面体的CJTD。同时，阳离子无序可以破坏Mn³⁺排列的对称性，从而破坏由各个JT中心引起畸变的相关性，并防止Mn³⁺-O键沿着一个方向扭曲。更重要的是，随着CJTD的抑制，尖晶石型LMO中的原始八面体空位被激活，可以用作额外的锂离子存储位点，因此在微型LMO中获得双倍容量并具有良好的可逆循环稳定性。

Changjian Zuo et al. Double the Capacity of Manganese Spinel for Lithium-Ion Storage by Suppression of Cooperative Jahn-Teller Distortion. Adv. Energy Mater., 2020, DOI: 10.1002/aenm.202000363.

Nano Energy：利用电化学构建Li_xTM_3-xO₄型尖晶石壳来增强富锂层状氧化物的长循环能力

富锂层状氧化物存在长期循环稳定性差、容量衰减快和电压衰减严重等问题，成为阻碍其作为高能量密度锂离子电池（LIBs）正极的主要问题。基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授和美国阿贡国家实验室Jianguo Wen等人报道了他们利用电化学构建了一个约10 nm厚的Li_xTM_3-xO₄型（TM=Ni、Co、Mn，0<x<1）尖晶石壳，其具有TM₃O₄型的良好结构稳定性的尖晶石相和LiMn₂O₄型尖晶石相的良好Li⁺电导率。通过系统结构和电化学分析发现，该尖晶石壳减缓了Li₂MnO₃组分的活化速率，并有效地缓解了高压（>4.5 V）下的晶格O的损失和Mn的溶解，从而抑制了从层状相结构退化成尖晶石相的大体积，最终显着增强了长循环稳定性。总之，该研究增加了锰基尖晶石相系统的丰富性，并提供了一种新的异质结构设计策略，以改善富锂层状正极及其以后的电化学性能。

Mingjian Zhang et al. Enhanced long-term cyclability in Li-Rich layered oxides by electrochemically constructing a Li_xTM_3-xO₄-type spinel shell. Nano Energy, 2020, DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105188.