中国科学院北京纳米能源与系统研究所卢宪茂

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姓名：        卢宪茂        
性别：        男
职称：        研究员        
学历：        博士
电话：        无        
传真：        无
Email：        luxianmao@binn.cas.cn        
邮编：        100083
简历：
卢宪茂，男，研究员，博士生导师。在清华大学获得学士及硕士学位后，就读美国德克萨斯大学奥斯丁分校，于2005年获得博士学位。此后在华盛顿大学作博士后研究，并于2009年至2016在新加坡国立大学化学工程系任教。曾于2012年获得Young Professor Fellowship资助在法国国家科学研究院Centre de Recherche Paul Pascal研究所作访问研究。主要研究方向为纳米材料制备及其在储能等方面的应用。研究成果曾被ACS Chemical & Engineering News、 Materials Review、Chem. Commun. Hot Articles等作为亮点报道。在材料以及化学杂志发表学术论文近80篇， 其中包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Nano., Nano Energy 等。 论文总引用数超过5000次。此外，著有合作编著一本(Springer出版社出版)，授权美国专利一项， 从2015年起担任Scientific Reports 编委委员。
研究方向：储能纳米材料的制备以及在超级电容器和电池中的应用。
专家类别：研究员
代表论著：
1）Yilmaz, G.; Lu, X.*  Direct Growth of 3D Hierarchical Porous Ni3S2 Nanostructures on Nickel Foam for High‐performance Supercapacitors. ChemNanoMat, 2016, 2,719-725. (Highlighted in Materials Views)
2）Niu, W.; Chua, Y. A. A.; Zhang, W.; Huang, H.; Lu, X.* Highly Symmetric Gold Nanostars: Crystallographic Control and Surface-Enhanced Raman Scattering Property. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10460 (Highlighted in ACS Chemistry & Engineering News).
3）Niu, W.; Gao, Y.; Zhang, W.; Yan, N.*; Lu, X.* Pd−Pb Alloy Nanocrystals with Tailored Composition for Semihydrogenation: Taking Advantage of Catalyst Poisoning. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8271-8274.
4）Guo, C. X.; Yilmaz, G.; Chen, S.; Chen, S.; Lu, X.* Hierarchical nanocomposite composed of layered V2O5/PEDOT/MnO2 nanosheets for high-performance asymmetric supercapacitors. Nano Energy 2015, 12, 76-87.
5）Guo, C. X.; Sun, K.; Ouyang, J.; Lu, X.* Layered V2O5/PEDOT Nanowires and Ultrathin Nanobelts Fabricated with a Silk Reelinglike Process. Chem. Mater., 2015, 27, 5813–5819.
6）Yilmaz, G.; Guo, C. X.; Lu, X.* High Performance Solid-State Supercapacitors Based on V2O5/Carbon Nanotube Composites. ChemElectroChem, 2015, 3, 158-164.
7）Cai, Z.*; Leong, ESP; Wang, Z.; Niu, W.; Zhang, W.; Ravaine, S.; Yakovlev, NL; Liu, Y,; Teng, J.*; Lu, X.* Sandwich-structured Fe2O3@SiO2@Au nanoparticles with magnetoplasmonic responses. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 11645-11652.
8）Niu, W.; Zhang, W.; Firdoz, S.; Lu, X.* Controlled Synthesis of Palladium Concave Nanocubes with Sub-10-Nanometer Edges and Corners for Tunable Plasmonic Property. Chem. Mater. 2014, 26, 2180–2186.
9）Guo, C. X.; Chitre, A. A.; Lu, X.* DNA-Assisted Assembly of Carbon Nanotubes and MnO2 Nanospheres as Electrodes for High-Performance Asymmetric Supercapacitors. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 4672.
10）Niu, W.; Zhang, W.; Firdoz, S.; Lu, X.* Dodecahedral Gold Nanocrystals: the Missing Platonic Shape. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3010–3012. (文章被 Gold Bulletin 以及Nachrichten aus der Chemie 报道)
11）Guo, C. X.; Chen, S.; Lu, X.* Ethylenediamine-Mediated Synthesis of Mn3O4 Nano-Octahedrons and Their Performance as Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction. Nanoscale 2014, 6, 10896–10901.
12）Cai, Z.; Xiong, Z.; Lu, X.*; Teng, J.* Insitu Gold-Loaded Titania Photonic Crystals with Enhanced Photocatalytic Activity. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 545.
13）Zhao, Q.; Chen, N.; Zhao, D.; Lu, X.* Thermoresponsive Magnetic Nanoparticles for Seawater Desalination. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 11453–11461.
14）Sun, Z.; Firdoz, S.; Ying-Xuan Yap, E.; Li, L.; Lu, X.* Hierarchically Structured MnO2 Nanowires Supported on Hollow Ni Dendrites for High-Performance Supercapacitors. Nanoscale 2013, 5, 4379.
15）Zhang, W.; Yang, J.; Lu, X.* Tailoring Galvanic Replacement Reaction for the Preparation of Pt/Ag Bimetallic Hollow Nanostructures with Controlled Number of Voids. ACS Nano 2012, 6, 7397–7405.
16）Sun, Z.; Lu, X.* A Solid-State Reaction Route to Anchoring Ni(OH)2 Nanoparticles on Reduced Graphene Oxide Sheets for Supercapacitors. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 9973–9979.

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高循环稳定性Si@Cu微颗粒锂离子电池负极

锂离子电池广泛应用于电子移动设备、电动汽车及能量储存等领域。由于锂离子电池石墨负极材料的容量已接近理论值（370 mAh/g），为进一步适应便携式电子设备对小型化和电动汽车对大容量高功率电池的需求，目前大量研究已转向可替代石墨的新型负极材料体系。硅作为一种理想的候选材料具有很高的理论储锂容量（4200mAh/g）。但是硅基负极材料，尤其是尺寸相对较大的微米颗粒，在嵌锂和脱锂过程中体积膨胀和收缩较大（~300%），易导致破裂、粉化、结构崩塌而脱离导电集流体。由于硅具有较低的导电性，其不可逆容量较高，且循环稳定性能较差。

最近，中国科学院北京纳米能源与系统研究所的卢宪茂研究员和王中林院士指导的研究团队找到一种在三维铜集流体上生长的具有微米尺寸的硅/铜复合负极材料。他们首先在铜片上制备了氢氧化铜纳米线阵列，然后通过磁控溅射在氢氧化铜表面溅射一层保护层，经过氢气还原后在铜基底上生长了22种Cu@M（M = Si、Al、C、SiO2、Si3N4、Ag、Ti、Ta、SnIn2O5、Au、V、Nb、W、Mg、Fe、Ni、Sn、ZnO、TiN、Al2O3、HfO2、TiO2）核壳纳米线。而作为负极材料的多层硅/铜微米复合结构可通过多次磁控溅射的方法获得。

测试表明，单层Cu@Si纳米线负极在循环1500周后可以维持87%的初始容量。而多层Cu@Si@Cu微颗粒（硅负载量1.08 mg/cm2）在循环200周可以维持81%的初始容量。在不同倍率的条件下，多层Cu@Si@Cu微颗粒容量维持在900到2200 mAh•g-1之间，相应的面积容量维持在1.0到2.4 mAh•cm-2之间。该材料之所以具有高循环稳定性，是因为Cu@Si@Cu内部的导电铜网络可以一定程度上解决硅膨胀的问题，并在充放电过程中维持与集流体的连通。另外，该研究团队还利用Cu@Si@Cu负极与LiFePO4正极材料组装成全电池，用以有效储存纳米发电机产生的电能。

这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是北京纳米能源所的助理研究员张在磊。

该论文作者为：Zailei Zhang, Zhong Lin Wang, Xianmao Lu

Multishelled Si@Cu Microparticles Supported on 3D Cu Current Collectors for Stable and Binder-free Anodes of Lithium-Ion Batteries

ACS Nano, 2018, 12, 3587, DOI: 10.1021/acsnano.8b00703