苏州大学邓昭教授、彭扬教授AM研究论文：巯基金属有机框架空间限域银纳米颗粒区块化锂沉积助力无负极锂金属电池

第一作者：李新建，苏艳慧

通讯作者：邓昭*，彭扬*

单位：苏州大学

锂金属负极（LMAs）的不可控枝晶生长、死锂形成、循环过程中的体积膨胀、不稳定的固体电解质界面（SEI）以及严重的副反应等问题，导致锂金属电池（LMBs）的发展仍面临重大挑战。为克服其库仑效率低、循环寿命短，严重时甚至导致电池燃烧或爆炸等问题，无负极锂金属电池应运而生，而实现无负极锂金属电池的前提之一是最大限度地提高改性铜（Cu）集流体上锂沉积/剥离的可逆性和锂的利用率。在本研究中，我们使用高孔隙率和极性亲锂的金属有机框架（MOF）材料对Cu集流体进行涂层改性，通过MOF实现区块化储锂以提升其沉积/剥离效率。其中，高度亲锂的银纳米颗粒在提高电导率的同时有效地降低锂成核能垒，极性巯基官能团则有助于促进和引导锂离子（Li ⁺ ）的传输。此外，MOF孔道对锂的区块化存储，不仅可以降低局部电流密度，还可以增强其沉积/剥离可逆性。

近日，来自 苏州大学的邓昭教授、彭扬教授 ，在国际知名期刊 Advanced Materials 上发表题为 “Spatially Confined Silver Nanoparticles in Mercapto Metal-Organic Frameworks to Compartmentalize Li Deposition Towards Anode-Free Lithium Metal Batteries” 的研究论文。该研究针对金属锂的高反应活性带来的安全问题，分析了现在常用的锂金属电池问题解决策略，提出在构建无负极锂金属电池过程中，对铜集流体进行修饰以提升金属锂的沉积/剥离效率和利用率是重中之重。该论文采用镶嵌银纳米颗粒的高孔隙率和极性亲锂的金属有机框架（MOF）材料对Cu集流体进行涂层改性，通过Ag@MOF实现矩阵化区块锂存储以提升其沉积/剥离效率。利用高度亲锂的Ag NPs在提高电导率的同时有效地降低锂成核的能垒，协同极性巯基官能团诱导和促进Li ⁺ 的传输，不仅降低了局部电流密度，而且大大增强了沉积/剥离的可逆性。

该工作采用具有高比表面积的亲锂材料对铜基底进行表面改性，利用带有极性基团的功能化MOFs材料来诱导分散锂离子通量，降低局部电流密度，并通过在MOFs材料中引入亲锂的金属Ag纳米颗粒，改善其形核动力学以实现均匀的锂沉积和脱嵌。

MOFs材料上含氧官能团和极性巯基具有很强的亲锂特性，有助于诱导和促进Li ⁺ 的传输。高度亲锂的Ag NPs在提高电导率的同时有效地降低锂成核的能垒，在两者的协同作用下实现锂的均匀沉积，从而达到实现抑制枝晶的效果。原位光学显微镜、X射线衍射谱以及电化学动力学分析进一步揭示了Ag@Zr-DMBD中锂的可逆脱嵌机制。

将原本块体的锂沉积分割为3D矩阵化的区块锂存储是实现均匀锂沉积/剥离的一种有效策略，其中Li ⁺ 由亲锂官能团诱导进入分隔区块。我们利用这一特点，实现了均匀和可逆的锂沉积/剥离。Ag@Zr-DMBD在半电池和对称电池中分别实现了17 mV的超低形核过电位和11 mV的沉积/剥离过电位，并展现出突出的长循环稳定性。另外，将锂预先沉积到Ag@Zr-DMBD/Cu电极上作为负极与商业LFP正极组装全电池，其首圈初始放电容量高达159.8 mAh g ^-1 、库伦效率为96.6%，以及在1 C条件下超过1000次的长循环稳定性，并实现了99.3%的高容量保持率。

Spatially Confined Silver Nanoparticles in Mercapto Metal-Organic Frameworks to Compartmentalize Li Deposition Towards Anode-Free Lithium Metal Batteries

邓昭 教授简介：1999年本科、2002年硕士毕业于上海交通大学化学化工学院，2009年博士毕业于美国加州大学戴维斯分校化学系，2012年美国国家标准技术局（NIST）纳米科学技术中心博士后出站，2012-2015分别就职于美国著名石化企业Houghton International Inc., Halliburton Company以及Afton Chemical Corporation, 2016年至今，加入苏州大学能源学院任教。入选海外高层次人才青年项目并荣获江苏省特聘教授、”双创团队”领军人才等荣誉称号。长期从事高效金属-空气电池、锂金属电池、气体电极过程的研究和开发，在Nature Materials, Nature Communications, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett. 等学术刊物上发表研究论文百余篇。

因课题开展需要（长期有效），苏州大学能源学院、能源与材料创新研究院邓昭教授课题组招聘气体电极过程相关研究方向博士后2-3名。申请条件如下：

1．国内外大学或科研机构的物理、材料、化学等相关专业获得博士学位、品学兼优、身体健康，年龄32岁以下的优秀博士；

2．具有能源材料开发和相关表征技术研究经历；能源材料理论研究背景的优先考虑；

3．在本领域主流国内国际学术刊物上发表过高水平研究论文，具有良好的英文阅读、写作和交流能力。

投稿请联系contact@scimaterials.cn