北京大学化学学院李星国

zhuimengren

李星国，北京大学化学与分子工程学院教授，新能源与纳米材料实验室主任；日本广岛大学客座教授、华中科技大学兼职教授、中南大学兼职教授、中华磁共振应用学院特聘教授；中国颗粒学会常务理事、中国粉末冶金学会理事（超细与纳米材料学术委员会主任）、机械工程学会粉末冶金分会副主任、力学学会等离子体科学与技术专业委员会委员、中国稀土学会理事；北京协同创新研究院顾问、北京华胜信安科技发展有限公司首席顾问；中国自然科学基金第13届和第14届专家组评审委员；无机化学学报、无机材料学报、过程工程学报、功能材料、中国稀土学报、应用化学学报、中国粉体技术、Soft Nanoscience Letters,Journal of Rare Earths, Nanoscale Reports等杂志编委。目前研究的方向为储氢与氢能、电池材料、等离子体合成、纳米材料、稀土功能材料。曾主持和参加过40余项包括国家自然科学基金，科技部、教育部、国防项目、其它部委和省基金等项目，企业合作项目多项。



李星国 教授
学术简历
1978.02 - 1982.01 华中科技大学 学士
1984.10 - 1987.03 日本岩手大学 硕士
1987.04 - 1990.03 日本东北大学 博士
工作简历
1982.01 – 1984.09 华中科技大学 助教
1990.03 – 1991.10 日本日新制钢新材料研究所 研究员
1991.11 – 1993.09 华中科技大学 副教授
1993.10 – 1994.09 日本北海道工业研究所 博士后
1994.10 – 1999.09 日本岩手大学 副教授
1999.10 – 2000.03 日本岩手大学 教授
1999.12 – 现在 pku 北京大学 教授
2002.12 – 2006.12 華中科技大学兼任教授
2008.06 – 现在 pku 中南大学兼任教授
2011.06 – 现在 pku 華中科技大学兼任教授
2012.01 – 现在 pku 日本广岛大学客座教授
主讲课程：
   材料物理、今日新材料
获奖情况：
2001年 获国家自然科学基金委杰出青年基金
2002年 获日本材料技术研究协会外国人特别奖
2005年 获通用公司中国科技成就奖
研究领域
★微米/纳米材料（低维材料合成与性能、粉体材料科学与技术）
★等离子体合成（高温和低温等离子体、等离子体化学、材料合成和加工）
★氢能源利用材料（制氢、氢分离和储氢）
★电池电极材料（镍氢电池、锂离子电池）
★无机功能材料（磁性材料、金属材料、稀土功能特性）
近期代表性论文(更多论文)：
1. Rong Yang, Yingan Gu, Yaoqi Li, Jie Zheng, Xingguo Li∗, Self-assembled 3D Flower Shaped SnO2 Nanostructures with Improved Electrochemical Performance for Lithium Storage, Acta Materialia, 58 (2010) 866–874.
2. Jie Zheng, Rong Yang , Lei Xie , Jianglan Qu, Yang Liu and Xingguo Li*, Plasma assisted approaches in inorganic nanostructure fabrication, Advanced Materials, Adv. Mater., 22 (2010) 1451–1473
3. Yaoqi Li, Lei Xie, Yan Li, Jie Zheng, and Xingguo Li*, Metal–Organic-Framework-Based Catalyst for Highly Efficient H2 Generation from Aqueous NH3BH3 Solution, Chem. Eur. J. 2009, 15, 8951-8954.   
4. Lei Xie, Yang Liu, Guanqiao Li and Xingguo Li*, Improving Hydrogen Sorption Kinetics of the Mg(NH2)2-LiH System by the Tuning Particle Size of the Amide, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14523–14527.
5. Huang, Jing; Chen, Weimeng; Zhao, Wei; Li, Yaoqi; Li, Xingguo; Chen, Chinping, One-Dimensional Chainlike Arrays of Fe3O4 Hollow Nanospheres Synthesized by Aging Iron Nanoparticles in Aqueous Solution, J. Phys. Chem. C, 113(2009) 12067-12071
6. Yaoqi Li, Lei Xie, Yang Liu, Rong Yang and Xingguo Li*, Favorable Hydrogen Storage Properties of M(HBTC)(4,4’-bipy).3DMF (M = Ni and Co), Inorganic Chemistry, 47 (2008), 10372–10377.
7. Jie Zheng, Xubo Song, Nan Chen and Xingguo Li, CdS tetrahedral nanocrystals prepared by low temperature chemical vapor deposition using polysulfide as the sulfur source, Crystal Growth & Design, 8 (2008), 1760-1765.  
8. Lei Xie, Yaoqi Li, Rong Yang, Yang Liu, and Xingguo Li, Superior hydrogen desorption kinetics of Mg(NH2)2 hollow nanospheres mixed with MgH2 nanoparticles, Applied Physics Letter, 92 (2008) 231910.
9. Jie Zheng, Yuan Yang, Xubo Song, Bo Yu, Xingguo Li, [0001] Oriented Aluminum Nitride One-dimensional Nanostructures: Synthesis, Structure Evolution and Electrical Properties, ACS Nano, 2 (2008)134-142.
10. Lei Xie, Jie Zheng, Yang Liu, Yan Li and Xingguo Li, Synthesis of Li2NH Hollow Nanospheres with Superior Hydrogen Storage Kinetics by Plasma Metal Reaction, Chemistry of Materials, 20 (2008) 282-286.

联系方式
电话： 010-62765930
传真： 010-62765930
邮箱： xgli@pku.edu.cn

yishide

Mg-Y合金薄膜协同作用实现高容量可逆储氢, 有望成为下一代金属氢化物电极

金属氢化物（MH）电极是镍氢（Ni-MH）电池和氢燃料（MH-air）电池等的关键材料。经典的MH电极是AB型，所含的B组分通常认为是反应焓调变和电化学活性所不可缺少的非吸氢元素，但该组分对储氢容量没有贡献，因此导致该类型电极的储氢容量始终低于1.4 wt%（或者372 mAh g-1）。现有研究大多通过开发AB3，A2B7和A5B19型材料来降低B组分的比例，但该方法对容量的提高非常有限（通常<400 mAh g-1），不能满足新一代电子设备及电动车的要求。本文介绍了Mg24Y5金属间化合物，利用协同作用实现了反应焓的调控及优异的循环性能，因为不存在B组分，从而实现了高达1500 mAh g-1的容量及可逆循环性能。该研究为设计高容量MH电极提出了一个新的视角，有望推动镍氢电池和氢燃料电池的发展。

日前，北京大学李星国教授和北京科技大学田文怀教授等人报道了一种Mg24Y5金属间化合物储氢材料。该材料中的Mg和Y皆为强吸氢元素，有别于经典的储氢合金的设计规律，其可实现室温条件下的高容量及优异的循环性能，为高容量储氢材料的设计策略提供了新的启示。该成果以“Synergism induced exceptional capacity and complete reversibility in Mg-Y thin films: enabling next generation metal hydride electrodes”为题于2018年4月9日刊发在Energy & Environmental Science上, 文章第一作者是傅凯博士。

liangxiangfeng

Angew：豌豆荚状CoP@C用于锂电负极材料

研究亮点：

1. 设计了一种温和的磷化方法，解决了目前过渡金属磷化物合成条件苛刻以及使用过量剧毒磷源的问题。

2. 在低温熔融盐介质中实现了特殊结构的豆荚状碳包覆CoP纳米材料（CoP@C）的高效合成。

3. 将该豆荚状CoP@C用作锂离子电池材料展现出了巨大的结构、性能优势。

纳米过渡金属磷化物在电催化，光催化，超级电容器以及锂/钠离子电池等领域具有诱人的应用前景，是典型的具有多种优异功能的电化学材料。但是相较于金属氧化物和硫化物的来说，合成过渡金属磷化物更为困难，主要的挑战在于磷化过程。

P蒸汽可以用做磷源制备磷化物，但是由于气态P4分子的化学惰性，P蒸汽磷化通常需要500 °C以上的高温。PH3可以在更低的温度下磷化过渡金属，但是PH3是剧毒，会自燃的危险气体。为了避免PH3的直接使用，可以选择NaH2PO2作为一种替代的磷源前驱体，因为NaH2PO2加热到350 °C可以分解出PH3，从而实现过渡金属及其氧化物的磷化。但是上述磷化方法都是气固相反应，因此不得不消耗极大过量的磷源，才能实现反应物完全磷化。

有鉴于此，北京大学李星国教授和郑捷副教授课题组首次报道了一种低温熔融盐的磷化方法，利用低毒的等化学计量比的PCl3作为磷源实现了Co的磷化，合成出豆荚状CoP@C纳米材料，并实现了优秀的储锂性能。

图1. 豆荚状CoP@C的合成设计示意图

如图1所示，研究人员先利用水热法合成聚合葡萄糖（polymericglucose，PG）包覆的CoOH(CO3)0.5×0.11H2O（CoHC）纳米线，然后经过热处理，表面聚合葡萄糖变成了碳层，而CoHC转化为Co发生了巨大的体积收缩，在碳管内部留下很多空隙，因此制备了豆荚状的Co@C结构。进一步为了使Co@C均匀磷化，作者利用具有超低熔点（90 °C）的NaCl-KCl-AlCl3（20-16.5-63.5 mol%）熔融盐作为反应介质，PCl3作为磷源，Mg作为还原剂。熔融盐与PCl3的质量比为10:1，在250 °C反应24h，获得了CoP@C产物。与有机溶剂在加热时会产生高压不同，熔融盐的蒸气压很低，而且对无机反应具有非常好的兼容性，因此作者选择熔融盐作为介质，有利于更加安全和高效的无机合成。

SEM和TEM图表明所获得的CoP@C中CoP纳米颗粒的直径小于50 nm，被均匀得包裹在一维的碳纳米管中，伴随着周期性的间隔，是一种良好的一维包覆零维（0D-in-1D）的豆荚状结构。通过元素分析证明CoP@C中C的含量约为30 wt%。

机理研究表明熔融盐不仅能够提供液态的反应环境，而且还通过Al3+/Al氧化还原电对起到良好电子传递的作用。而Co对PCl3的强配位作用进一步活化了P-Cl，并使得原位生成的原子级高活性P*中间体在Co表面富集，促进磷化反应的高效进行。

该豆荚状CoP@C用作锂离子电池负极材料，表现出了良好的倍率性能和突出的循环稳定性，经过800次长时间循环之后，容量仍然稳定在500 mAh g-1。相较于其它的过渡金属磷化物，该豆荚状CoP@C电极展现了高度的竞争力。

其优异的储锂性能主要得益于豆荚状CoP@C特殊的结构稳定性。如图5所示，具有大量周期性空隙的0D-in-1D豆荚状CoP@C在嵌入Li+的过程中会逐渐变为1D结构，而脱出Li+之后，又能够变回豆荚状的形态。同时他们利用非原位XRD进一步证明了CoP@C充放电过程中的相变可逆性以及存在部分锂化的LixCoP过渡相。因此，结构和物相同时高度可逆转化验证了豆荚状CoP@C的结构优异性，支持其长循环的储锂性能。

总之，该工作利用低温熔融盐法制备了豌豆荚状CoP@C。其温和的磷化方法以及豌豆荚状电极材料的构筑为相关领域提供了重要参考。

参考文献：

Peapod‐likeCoP@C nanostructure from phosphorization in low‐temperature molten salt forhigh‐performance lithium ion batteries, Angew.Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201805468

课题组简介：

李星国教授和郑捷副教授课题研究方向是金属纳米材料在能量储存和转化领域的应用，包括储氢/化学制氢、锂离子电池电极材料，非贵金属电催化材料等。课题组已在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,Energy Environ. Sci., ACS Nano等国际著名期刊上发表多篇学术论文。

jiajie

2019自然科学基金项目-稀土储氢合金在高能效金属空气电池中的应用
批准号        51971004       
学科分类        金属能源和环境材料 ( E010504 )
项目负责人        李星国       
依托单位        北京大学
资助金额        60.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日