一、團隊簡介

功能微納材料與器件團隊是濟南大學立項建設的校級科研團隊，也是物理科學與技術學院重點建設的科研團隊。主要在光電材料的結構、性質及器件方面進行研究，尤其是對微納光電功能材料和器件等方面開展了系列工作。團隊由山東省泰山學者海外特聘專家徐錫金教授領銜，泰山學者青年專家1人、香江學者1人、山東省高等學校青年創新團隊帶頭人3人、濟南市優秀科技工作者2人，職稱結構多元合理，包括教授4人、副教授7人、講師2人，為科研工作全方位推進奠定基礎。

2024年，團隊在科學研究方面取得多項突破性進展，獲國家自然科學基金面上項目1項、青年基金1項，山東省自然科學基金面上項目1項、青年基金1項，中國博士后基金面上資助項目1項，橫向項目2項（立項經費39萬元）。此外，團隊在國際知名期刊如Angewandte Chemie International Edition（2篇）、Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials（2篇）等發表SCI論文36篇，其中一區論文達23篇，申請發明專利7項，授權4項。在研究生培養方面，指導研究生獲國家獎學金、求真之星等各類獎助學金24項，指導研究生參加各類科創賽事獲獎17項，包括第十七屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽獲國家一等獎1項、三等獎2項，2024年第三屆全國大學生技術創新創業大賽一等獎1項，“中國中車杯”第六屆全國大學生可再生能源優秀科技作品獎三等獎，第十四屆“挑戰杯”山東省大學生創業計劃競賽獲省銀獎1項。2024年，團隊招收研究生14人，10名碩士生順利畢業并獲得理學碩士學位。

二、標志性科技成果簡介

（請選取團隊在2024年取得的標志性科研成果，逐一簡要介紹，圖文并茂）

團隊教師徐錫金/王成剛在Angewandte Chemie International Edition雜志發表水系鋅-碘電池相關研究成果

新興的水系鋅離子電池受到高度關注，具有轉化機理的碘基正極材料具有豐富的資源、氧化還原價態和高容量、高氧化還原電位等優點。如今，碘基陰極的反應通常發生在I^-和I⁰之間的雙電子氧化還原中，從理論上講，碘物種可以進一步氧化到更高的I⁺價態。此外，由于碘物種的穿梭效應，基于碘基的氧化還原陰極通常具有較差的循環壽命和容量衰減。本文通過在電解液中引入Br^-作為活化劑激發I⁰/I⁺四電子氧化還原反應，并以大層間距的Ni-Fe LDH作為宿主，限制I⁰/I⁺反應在其層內發生。極大地提高了容量并有效抑制了碘物種穿梭，實現了高容量和長循環穩定性的鋅-碘電池。通過非原位XPS、原位拉曼表征技術和密度函數理論(DFT)計算發現，Br^-作為碘物種的活化劑和穩定對存在，與碘作用生成鹵素間化合物[IBr₂]^-來穩定I⁺的存在。Ni-Fe LDH被合成并用作碘的宿主，由于其層間距離大而穩定可以確保I^-/I⁺氧化還原反應在層間發生從而有效抑制碘化物的穿梭效應。相關工作以題為"Activating and stabilizing a reversible four electron redox reaction of I^-/I⁺ for aqueous Zn-iodine battery"的研究論文發表于頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上，濟南大學為第一完成單位。青年教師王成剛和碩士研究生季曉星為論文共同第一作者，徐錫金教授和華中科技大學李會巧教授為共同通訊作者。文章

Br^-激發并穩定I⁺的鋅-碘電池的儲能機理

Br^-激發并穩定I⁺的鋅-碘電池的過程探究

團隊教師徐錫金/黃金昭/王成剛在Angewandte Chemie International Edition上發表水系儲能相關研究成果

枝晶生長和電極/電解液界面處的副反應嚴重影響了鋅陽極的沉積/剝離過程，進而限制了鋅金屬電池的循環壽命。通過向水系電解液中引入微量兩性離子添加劑（三氟乙酸吡啶，TFAPD），成功構建了多功能界面層，從而提高了鋅負極的可逆性。具有強鋅親和力的TFA陰離子通過特異性吸附聚集在在鋅表面，重構了內亥姆霍茲層（IHP），有效抑制了由于水分富集而引發的析氫和腐蝕副反應。Py?陽離子在電場作用下積聚于鋅負極表面附近，形成動態屏蔽層，從而促進Zn²⁺的均勻沉積。此外，吸附的TFA^-和Py?有助于Zn²⁺的去溶劑化過程，加速了反應動力學。因此，Zn||Zn電池展示出了超過10000小時的優異循環壽命。即使在鋅的利用率達到85%的情況下，在10 mA cm?2電流密度和10 mAh cm^-2容量下，電池仍能穩定循環超過200小時。Zn||I?全電池在經歷30000次循環后仍保持超過95%的容量保持率。值得注意的是，Zn||I?軟包電池（95 mAh）在經過750次循環后容量保持率仍高達99%。本研究為兩性離子添加劑在水性金屬電池中的應用提供了一種可行的方法。相關工作以題“Multifunctional Interface Layer Constructed by Trace Zwitterions for Highly Reversible Zinc Anodes”發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上，博士研究生張習習和青年教師王成剛為本文共同第一作者，黃金昭教授和徐錫金教授為本文共同通訊作者。

TFAPD添加劑對鋅負極的保護原理示意圖

鋅負極界面表征

團隊教師徐錫金/王成剛在Advanced Energy Materials雜志發表水系鋅電相關研究成果：功能性電解質為高可逆性鋅負極“保駕護航”

由于鋅離子電池具有高理論容量(820 mAh g^–1/ 5855 mAh cm^-3)和理想的電化學氧化還原電位(- 0.762 V vs. SHE)，其商業化潛力巨大。然而，鋅負極界面上的副反應阻礙了鋅離子電池的長期運行，限制了其大規模應用。本論文通過采用少量的4-氨基苯磺酸鈉(SABS)添加劑誘導Zn²⁺的均勻沉積，從而抑制界面處副反應的發生。SABS的優先吸附促進了貧水內亥姆霍茲層的形成，從而抑制了Zn負極表面游離H₂O的析氫腐蝕。此外，SABS可以進一步分解形成固體電極/電解質界面(SEI)層，調控Zn²⁺的電化學沉積/剝離行為，大大提高了Zn//Zn對稱電池的循環壽命?；诖藘灮呗裕M裝的Zn||I₂全電池在20000次循環后，仍然具有92.4%容量保持率。同時，組裝的軟包電池（4×5 cm²）在5 mA cm^-2下經820次循環后，容量保持率達99.1% (63 mAh）。相關工作以題為"Highly Reversible Zn Metal Anode Securing by Functional Electrolyte Modulation "的研究論文發表于知名期刊Advanced Energy Materials上。博士研究生李傳琳為論文第一作者，王成剛和徐錫金教授為共同通訊作者，濟南大學為第一完成單位。

鋅離子溶劑化結構及雙電層的調控表征

                                                                 鋅負極沉積的形貌表征

徐錫金/王成剛在Advanced Functional Materials上發表水系儲能相關研究成果

在水系鋅離子電池中，鋅金屬負極的枝晶生長和鋅負極/電解質界面上的寄生反應嚴重阻礙了其應用壽命。在此，通過將痕量的4-氨基丁烷-1-磷酸（ABPA）引入ZnSO₄電解質中，鋅負極得到了有效的穩定。ABPA首先吸附在鋅負極表面，然后進一步分解成含有氨基、殘留碳鏈和磷酸鋅的高導電性有機/無機復合原位SEI層。在SEI層中，殘余的未分解碳鏈促進Zn²⁺的脫溶，氨基誘導Zn²⁺均勻電鍍，磷酸鋅促進Zn²⁺的快速遷移。因此，原位SEI層不僅抑制了與水相關的副反應，而且提高了Zn²⁺的傳輸動力學。因此，Zn||Zn對稱電池在50 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下可提供超過13000次的超長循環壽命。在Zn||Cu半電池中，經過1000多次循環，平均庫侖效率高達99.72%。Zn||I₂全電池在40,000次循環后提供了91.42%的高容量保留率。此外，49 mAh的軟包電池在300次循環中保持80.28%的容量，在1000次循環后保持61.22%的容量。相關工作以題為" Constructing a Multifunctional SEI Layer Enhancing Kinetics and Stabilizing Zinc Metal Anode"的研究論文發表于知名期刊Advanced Functional Materials上，中科院一區，影響因子18.5。碩士研究生李定政為論文第一作者，王成剛和徐錫金教授為共同通訊作者，濟南大學為第一完成單位。

鋅金屬負極電鍍形貌表征。

界面調控機制示意圖

徐錫金/李鳳在Advanced Functional Materials上發表鈉離子電池核殼及梯度結構正極材料綜述

低成本鈉離子電池在低速電動工具和規模化儲能領域展現了巨大應用前景。然而，目前鈉離子電池性能尚需提升，滿足實際應用的需求。正極材料作為電池主要構成部分，很大程度上影響鈉離子電池性能。近期，核殼及梯度結構正極材料設計有望解決推動鈉離子電池應用。本綜述介紹了核殼及梯度結構正極材料制備方法，包括共沉淀、離子交換和摻雜誘導；其次，總結了近期核殼及梯度結構層狀氧化物、普魯士藍、聚陰離子型和有機分子正極材料研究進展，以及異質結構正極材料的作用機制；最后討論了核殼及梯度結構正極材料仍舊存在的挑戰，并針對如何解決這些問題進行了討論。本文為未來的分級結構電極材料設計和研究提供一定指導作用，有助于推動鈉離子電池性能提升和實際應用。相關成果以題為“Recent Advances in Cathode Materials with Core–Shell Structures and Concentration Gradients for Advanced Sodium-Ion Batteries”發表在知名期刊Advanced Functional Materials上，侯配玉教授為第一作者，徐錫金教授、林澤州博士和李鳳副教授為本文共同通訊作者，濟南大學為第一完成單位。

      撰稿：王成剛  編輯：弋媛  審核：王曉