中国科学院兰州化学物理研究所新材料领域阎兴斌

shanhaiguan

阎兴斌，男，1977年生，研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，中科院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室主任，研究所学术委员会和学位委员会委员。2000年山东大学化学学院本科毕业，2005年于中科院兰州化学物理研究所获理学博士学位，并先后在新加坡南洋理工大学和法国里昂第一大学做博士后，2009年聘为中科院兰州化学物理研究所 “百人计划”研究员，2012年负责筹建“清洁能源化学与材料实验室”并聘为实验室负责人。主要从事新型低维碳纳米材料和电化学储能技术的研究，先后获得中科院院长优秀奖（2004）、新加坡千禧基金（2005）、欧盟玛丽居里国际奖学金（2006）、新加坡杰出工程成就奖（2007）、中科院“百人计划”择优支持（2010）、研究所建所55周年“十佳优秀青年”（2013）、研究所青年创新特别奖（2015）、甘肃省五四青年奖章（2015）甘肃省科技发明一等奖（2016，排名6）和国家科技发明二等奖（2016，排名6）。目前负责承担和完成了包括中科院“百人计划”、国家自然科学基金、国防“863”、国防基础科研项目、中科院研究所“一三五”重点培育项目和企业合作项目在内的10余项课题；至今在国际SCI学术刊物上发表论文130余篇，引用3500余次，H因子33；申请国家发明专利16件，授权7件。现任Chinese Chemical Letters编委、中国电工学会超级电容器专业委员会委员、中国空间科学学会空间材料专业委员会委员、中国颗粒学会青年理事、中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员、国际电化学能源科学与技术协会（IAOEES）理事。
主要研究方向：
1. 新型低维碳材料的可控制备及其在先进能源器件中的应用研究；
      2. 高比能超级电容器和新型智能柔性超级电容器；
      3. 新型电池材料与技术。  
代表论文：
1. L.Y. Liu, B.S. Shen, D. Jiang, R.S. Guo, L.B. Kong, X.B. Yan*, Watchband-like supercapacitors with body temperature inducible shape memory ability, Advanced Energy Materials, 2016, 1600763(1-10).
      2. P. Zhang, R.T. Wang, M. He, J.W. Lang, S. Xu, X.B. Yan*, 3D hierarchical Co/CoO-graphene-carbonized melamine foam as a superior cathode towards long-life lithium oxygen batteries, Advanced Functional Materials, 2016, 26, 1354-1364.
      3. R.T. Wang, J.W. Lang, Y.H. Liu, Z.Y. Lin, X.B. Yan*, Ultra-small, size-sontrolled Ni(OH)2 nanoparticles: elucidating the relationship between the particle size and their electrochemical performance for advanced energy storage devices, NPG Asia Materials, 2015, 8, e183.
      4. R.T. Wang, J.W. Lang, P. Zhang, Z.Y. Lin, X.B. Yan*, Fast and large lithium storage in three-dimensional porous VN nanowires-graphene composite as a superior anode towards high-performance hybrid supercapacitors, Advanced Functional Materials, 2015, 25, 2270-2278.
      5. W.W. Liu, Y.Q. Feng, X.B. Yan*, J.T. Chen, Q.J. Xue, Superior micro-supercapacitors based on graphene quantum dots, Advanced Functional Materials, 2013, 23, 4111-4122.
      6. Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/C6TA08364A; 2016, 4, 8180-8189 ; 2016, 4, 8316-8327; 2016, 4, 9760-9766; 2015, 3, 14096-14100; 2015, 3, 10811-10818; 2014, 2, 14550-14556; 2014, 2, 12724-12732; 2014, 2, 149-154) Journal of Materials Chemistry (2012, 22, 17245-17253; 2012, 22, 8853-8861; 2011, 21, 13205-13212) ACS Applied materials & Interfaces (2016, 8, 23713-23720; 2016, 8, 9335-9344; 2015, 7, 25378-25389; 2014, 6, 11665-11674; 2014, 6, 9890-9896; 2012, 4, 5800-5806; 2011, 3, 4299-4305; 2010, 2, 2521-2529)
联系方式：　　
      中国科学院兰州化学物理研究所；清洁能源与化学材料实验室；
      甘肃省兰州市天水中路18号; 邮编：730000；
      电话：0931-4968055 传真：0931-4968055　　 Email: xbyan@licp.cas.cn
      本课题组招聘有相关研究兴趣的本科生、研究生和博士后，欢迎有材料、化学、物理相关学术背景的学生咨询报考。

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中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室阎兴斌研究员课题组和羰基合成与选择氧化国家重点实验室的相关研究人员合作，在Adv. Funct. Mater.上发表了关于锰基氧化物在锂空气电池中应用的研究进展的综述性文章（Advances in Manganese-Based Oxides Cathodic Electrocatalysts for Li–Air Batteries，DOI: 10.1002/adfm.201704973）。相关内容被Materials Views报道，并入选Advanced Functional Materials 2018年2月热点文章排行榜Top 10。

　　阎兴斌研究员课题组多年来致力于过渡金属氧化物基正极催化剂结构设计、放电产物的成核和生长规律的研究。前期研究已经通过设计一维管状δ-MnO2【ChemSusChem 2015, 8, 1972】，δ-MnO2/炭复合电极材料【J. Mater. Chem. A 2015, 3,10811】和核壳结构Co/CoO表面修饰的石墨烯-碳化密胺海绵材料【Adv. Funct. Mater. 2016, 26,1354】，显著提高了锂空气电池的比容量和循环性能，实现了放电产物的可控生长；根据不同金属氧化物特定晶面对锂离子和氧气分子的吸附能力不同，设计了放电产物尺寸和分布可控的高性能α-MnO2/Co3O4复合氧电极【Adv. Sci. 2017, 4, 1700172】。在取得上述研究结果的基础上，相关研究人员全面总结了锰基氧化物电催化剂在锂空气电池中应用的研究进展。

　　该综述工作全面总结了锂空气电池的反应机理，根据锰基氧化物的晶体结构和锰元素的化学价态分类，系统全面地阐明了氧化物的设计策略、晶体结构、化学组成和微观物理参数等因素对其氧还原/氧析出活性以及锂空气电池整体性能的影响。在此基础上，提出了目前锰氧化物电催化剂在锂氧电化学中急需解决的关键问题和科学挑战，并提出了未来该领域的研究方向和机遇，从而为设计高效的锰氧化物电催化剂提供了指导性的建议。

Adv. Funct. Mater.，2018，DOI: 10.1002/adfm.201704973

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二维 Ti 3 C 2 T x MXene 材料因在超级电容器、锂离子电池和钠离子电池中表现出优异的导电性和高体积容量而备受关注。镁离子电池因价格低廉、安全性能好且理论体积能量密度大，已成为最有前景的锂离子电池代替品之一。理论预测纯 Ti 3 C 2 有较强的 Mg 2+ 存储性能。但迄今为止，实验上还不能合成不带表面官能团的 MXene 。已有研究显示，二价镁离子不能可逆地嵌入到 Ti 3 C 2 T x 中，从而造成 Ti 3 C 2 T x MXene 几乎没有储镁容量。因此，需要探索合适的实验方法开启 MXene 的镁离子存储性能。

近日， 中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源实验室研究员阎兴斌课题组利用预先嵌入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 CTAB 方法改变 MXene 电子特性，使 Ti 3 C 2 T x MXene 展示出较高的镁离子存储容量。 研究人员对样品进行了系统测试：阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠 SDS 和同样烷基链长度的阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵 DTAB 进行对比测试结果表明，表面活性剂均会增加 MXene 的层间距，但是仅阳离子表面活性剂对 MXene 的 Mg 2+  存储有促进作用。通过 XPS 和密度泛函理论计算方法发现，嵌入的 CTA 阳离子降低了 Mg 2+  在 MXene 表面的扩散势垒，进而大大地提升了 Mg 2 在 MXene 层间的可逆嵌入 / 脱出性能。研究显示，以 MXene 为正极的镁电池在 50 mA·g -1 的电流密度下展示 300 mAh·cm -3 的高体积比容量和优异的倍率特性。 该研究赋予了 MXene 材料在电化学储能领域的又一个新应用，同时也为镁电池的正极材料提供了新的选择。

该研究结果近期在线发表在 ACS Nano 上。 该研究得到了国家自然科学基金的资助。

MXene 电极材料在镁电池中的性能

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兰州化物所碳基纳米材料冷阴极研究取得进展

场发射冷阴极作电子源的真空电子器件具有结构简单、响应快、无辐射抗干扰、功耗低和工作温度区间宽等特点，有望实现器件频率和功率的突破以及整体性能的提升。场发射冷阴极作为真空微电子器件的核心部件，其性能的好坏直接影响着器件的整体性能。冷阴极材料的选择、制备及场发射性能对冷电子源真空器件的性能和寿命具有至关重要的影响。与其他材料相比，碳基材料（如碳纳米管、石墨烯等）表现出较为优异的场发射性能。

中科院兰州化物所阎兴斌研究员领导的团队一直致力于碳基纳米材料冷阴极的构筑及性能研究，先后对石墨烯、碳纳米管等碳基冷阴极进行了研究，并获得了具有优异发射特性的冷阴极（图1），可满足不同真空电子器件的使用要求。相关结果包括：Science China Materials, 2017, 60, 335; Nanotechnology, 2016, 27, 445707; Applied Physics Letters, 2016, 108, 193112; Applied Surface Science, 2015, 357, 1; Nanoscale Research Letters, 2015, 10, 483; Applied Physics Letters, 2014, 105, 213111; Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, 16, 1850; AIP Advances, 2012, 2, 022101; Applied Physics Letters, 2011, 99, 173104; Applied Physics Letters, 2011, 99, 163103。

图1. 丝网印刷碳纳米管冷阴极场发射性能。

目前，场发射冷阴极都由直流连续或脉冲高压电源驱动，此类电源设备不仅价格昂贵、体积大、笨重，而且安全性较差，限制了冷阴极器件的进一步小型轻量化及便携化。寻找一种新的冷阴极驱动方式是很有必要的，也可满足不同工况下的使用需求。摩擦纳米发电机（TENG）基于摩擦起电以及静电感应原理，利用材料间摩擦引起的电荷转移，可将环境中的机械能转化成电能，实现能量收集和转换。TENG 可输出高电压及一定功率，可满足低压开启冷阴极的工作要求。阎兴斌研究员领导的团队采用三维网络碳制备了在直流连续电源驱动下具有良好发射性能的冷阴极；同时，研究人员尝试采用具有高压输出的TENG（最高输出电压800 V）来驱动三维网络碳冷阴极（图2示意图）。实验发现，采用TENG的高压输出完全可以实现冷阴极的电子发射，同时通过场发射电子轰击荧光屏可以观测到均匀的、持续的光斑，证实了采用TENG作为持续电能供给来驱动冷阴极的可行性。此工作为冷阴极真空电子器件进一步小型轻量化以及自驱动化提供可能。

图2. TENG驱动3D网络碳冷阴极示意图。

该系列研究工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金项目（51002161）和兰化所“一三五”规划项目的支持。

该论文作者为：Jiangtao Chen（陈江涛）, Bingjun Yang（杨兵军）, Yu Dian Lim, Lijun Su（苏利军）, Juan Yang（杨娟）, Ruisheng Guo（郭瑞生）, Beng Kang Tay, Xingbin Yan（阎兴斌）

Field emission cathode based on three-dimensional framework carbon and its operation under the driving of a triboelectric nanogenerator

Nano Energy, 2018, 49, 308, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.04.052

biyan

　针对当前Li-CO2电化学研究中存在的争议和挑战，近日，中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室研究员阎兴斌课题组和羰基合成与选择氧化国家重点实验室的相关人员合作在Energy & Environmental Science上发表了关于Li-CO2电化学研究进展的综述性文章（Recent advances in understanding Li-CO2 electrochemistry，DOI: 10.1039/c8ee03417f）。

　　该综述全面总结了Li-CO2池的反应机理(包括CO2还原/析出机制和O2参与的CO2还原/析出机制)，涉及放电和充电产物的识别以及影响电化学过程的关键因素，并指出了当前机理研究中存在的争议和下一步的研究重点。在总结机理的同时，还系统地阐明了影响Li-CO2电池CO2还原/析出活性以及Li-CO2电池和Li-O2/CO2电池整体性能的因素，包括锂负极-电解液-二氧化碳三相反应界面性质、电解液特性和正极材料（催化剂）的晶体结构、设计策略、化学组成和微观物理参数等。最后，该综述从设计强健的锂金属负极、构筑高活性二氧化碳正极和发展固态聚合物电解质方面展望了构筑柔性Li-CO2电池的设计理念。在此基础上，提出了目前Li-CO2电化学研究面临的关键问题和科学挑战，并提出了未来该领域的研究思路和方向。

　　该综述为加深对Li-CO2电化学的理解和设计高性能的适用性Li-CO2电池提供了指导性的建议。

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兰州化物所发表Li-CO2电化学研究综述

yewang

兰州化物所阎兴斌教授等通过简单的煅烧乙二胺四乙酸四钠（EDTA-4Na）制备3D氮掺杂骨架碳（3DNFC），其具有高可逆容量和良好的K+储存电化学动力学性质。并且3DNFC可以进一步转换为3D氮掺杂骨架活性炭（3DNFAC），并显示出超高的比表面积（3839 m2 g-1）和出色的电容性能。制备的双碳PIHC（3DNFC//3DNFAC）的电压窗口能达到4.2 V，并且表现出优异的电化学性能，包括高能量密度和高功率密度(在210W kg-1时能量密度为163.5Wh kg-1, 同时在21000W kg-1时能量密度为76.4Wh kg-1)，以及出色的循环稳定性（在2 A g-1电流密度下10000次循环后容量保持率为91.7％）。相关成果在知名期刊Energy Storage Materials (DOI: 10.1016/j.ensm.2019.04.008)上发表，题为：“3D nitrogen-doped framework carbon for high-performance potassium ion hybrid capacitor”。