近期，重点实验室的钱正芳教授团队在功能材料方面发表系列重要研究成果。

1.随着电动汽车和柔性器件的快速发展，普通石墨负极已经无法满足高容量、长寿命的要求。FePS3作为一种典型的层状三元金属磷硫化物(MPS3, M=Mn, Fe, Ni, Co等)，广泛应用于析氢催化和储能等领域。近日，钱正芳教授团队通过简易的真空抽滤方法制备了柔性FePS3-NC极片，形成了三维空间网络结构，为锂离子的迁移提供了众多的通道，研究成果在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“3D Nanocellulose Matrix Enhancing the Lithiation Dynamics of FePS3 Anode”的重要文章。论文第一作者为肖哲博士，通讯作者为王任衡博士，深圳大学为唯一通讯单位。

图1. 柔性FePS3-NC设计原理及合成极片的示意图（Advanced Functional Materials, 2023, 2304766；IF: 19，中科院一区TOP期刊）

2.水溶性锌电池（AZBs）由于其低成本、安全性、环境友好性以及相对容易制造等特点，被视为大规模能量储存的有前景的替代品，可与锂离子电池竞争。然而，由于锌金属的还原电位为-0.76V（相对于标准氢电极），在温和的水溶液电解质中不可避免地会发生氢气生成反应（HER）。这会导致OH-浓度的增加，促进锌的腐蚀和绝缘钝化层的形成，从而限制了锌阳极的稳定性。基于此，钱正芳教授团队通过多尺度计算和实验表征的组合，重新确认了稀溶盐水电解质中HER的活性水的化学结构。通过比较所有可能的局部水结构的还原活性，证明HER主要源自Zn2+-溶剂化水而不是自由水分子。同时还发现，Zn2+可以被视为HER的促进剂，并且增加其浓度可以触发更容易去质子化的Zn2+-溶剂化水分子的出现，加速HER的发生。该研究成果以“A universal descriptor in determining H2 evolution activity for dilute aqueous Zn batteries”为题发表在Advanced Functional Materials。论文第一作者为苗立成，通讯作者王任衡博士，深圳大学为唯一通讯单位。

图2 Zn2+溶剂化水的总和与HER活性关系示意图（Advanced Functional Materials, 2023, 2306952; IF: 19，中科院一区TOP期刊）

3.高镍低钴三元层状材料因其能量密度高、资源充足、环境友好等优点，被认为是构建下一代锂离子电池的理想正极材料。然而，三元层状正极材料中随着镍含量增加导致结构稳定性和循环稳定性等问题的恶化。近日，钱正芳教授团队在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表了题为“Structures, issues, and optimization strategies of Ni-rich and Co-low cathode materials for lithium-ion battery”的综述文章，从高镍低钴正极材料的结构设计到电池电化学性能评测，综合分析和讨论了引起材料结构不稳定和容量衰减的主要问题。此外，全面总结了改善高镍低钴层状正极材料电化学性能的四种有效策略。论文第一作者分别为谢洪桂和彭华荣，通讯作者为王任衡博士，深圳大学为唯一通讯单位。

图3. 锂离子电池高镍低钴正极材料的问题及优化策略示意图 （Chemical Engineering Journal, 2023, 470, 144051; IF: 15.1，中科院一区TOP期刊）

4.氨被广泛用于肥料生产、高价值化工原料、氢载体和高能量密度燃料等，是推动社会经济高质量发展的重要清洁能源载体和化学品。然而，由于N2在水中的低溶解度，且N≡N三键的键能极大(940.1 kJ mol-1)导致其能量转化效率极低。与之形成鲜明对比的是，N=O键(204 kJ mol-1)和N-O键(176 kJ mol-1)的键能远低于N≡N键的键能，因此通过电催化NO3-还原（eNO3-RR）来合成NH3前景巨大。最近钱正芳教授课题组与重庆大学唐青教授、华南理工大学唐正华教授课题组合作，报道了 [Ag30Pd4(C6H9)26] [BPh4]2纳米团簇(简称为Ag30Pd4)的首次制备，并结合原位红外光谱和密度泛函理论计算，深入揭示该团簇在eNO3-RR中的催化反应机理。王任衡博士为通讯作者，深圳大学为通讯单位之一。

图4. AgPd双金属超原子Ag30Pd4结构示意图（ACS Nano, 2023, 17, 12747-12758; IF: 17.1，中科院一区TOP期刊）

上述研究工作得到了国家自然科学基金(51804199)、深圳市孔雀人才启动项目、科技部重点研发计划(2019YFB2204500)、广东省自然科学基金(2019A1515012111)、深圳市孔雀创新团队项目(KQTD20180412181422399)、深圳市面上项目(JCYJ20190808173815205)等支持。