厦门大学化学化工学院电化学科学与工程研究所董全峰

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董全峰，现任厦门大学化学系教授，厦大宝龙电池研究所所长。兼任国家高技术绿色材料发展中心客座研究员，中国电池工业协会常务理事，《电池》杂志编委，中国电子学会化学与物理电源委员会委员。长期致力于新型化学电源和储能材料的研究。主持完成了福建省产学研联合开发项目 “锂锰材料聚合物锂离子电池”、福建省重点项目“新型聚合物锂离子电池工艺技术的研发”、“863”项目“锂二次电池关键材料及其制备技术”等。作为主要骨干参加完成了信息产业部“固态（聚合物）锂离子电池开发与产业化项目”。现主持国家自然科学基金、“973”子项目、福建省化学电源科技创新平台建设等项目。


董全峰
电话：（0592）2185905 （实验室）
传真：（0592）2183905
电子邮箱：qfdong@xmu.edu.cn
个人简历：
博士 (武汉大学)
学士 (郑州大学）
博士后 (以色列理工学院 TECHNION）
总装备部重大专项专家组成员、中国电池工业协会常务理事 、《电化学》编委、《电池》编委 、先后获得厦门市科技进步奖、福建省科技进步奖、全国信息产业科技创新先进个人、全国电池行业首批技术专家等
研究兴趣：
锂离子电池、锂空电池、锂硫电池、超级电容器、燃料电池、电化学储能材料
近期主要代表论著：
1.High performance polyoxometalate-based cathode materials for rechargeable lithium ion batteries, Advanced Materials, 2015, DOI: 10.1002/adma.201501088.
2. α-MnO2 nanorods grown in situ on graphene as catalysts for Li–O2 batteries with excellent electrochemical performance, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9765–9768.
3.Hierarchical structure LiFePO4@C synthesized by oleylamine-mediated method for low temperature applications, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 4870–4873.
4.A hierarchical architecture S/MWCNT nanomicrosphere with large pores for lithium sulfur batteries  Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 5863-5864.
5.Self-Assembly of DNA Nanotubes with Defi ned Diameters and Lengths, small 2014, 10,No. 5, 855–858
6.The preparation of nano-sulfur/MWCNTs and its electrochemical performance, ELECTROCHIMICA ACTA, 55(27):8062-8066.
7. Study on Electrochemical Performance of Fluorinated Graphite and Its Application in Alkaline Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 153 (3): A459-A462.
8.Solid-state microscale lithium batteries prepared with microfabrication processes, J. Micromech. Microeng. 19 (2009) 045004.
9.Structural and electrochemical characterization of SnO(x) thin films for Li-ion microbattery, ELECTROCHIMICA ACTA, 54 (10): 2748-2753.
10.Electrochemical Performance of the LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O(2) in Aqueous Electrolyte, JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, 157(6): A702-A706.
11.The Nickel Oxide/CNT Composites with High Capacitance for Supercapacitor, JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, 157(7): A818-A823.
12.Electronic properties of LiMn(2-x) Ti (x) O(4), APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING, 98(2): 455-460.
13.Preparation and performance of a core-shell carbon/sulfur material for lithium/sulfur battery, ELECTROCHIMICA ACTA, 55(23): 7010-7015.
14.Formation and Influence Factors of SEI Film on the Surface of Negative Electrode in Lithium ion Batteries, JES, 152, A2207-A2210
15.Study on Electrochemical Performance of Fluorinated Graphite and Its Application in Alkaline Batteries, JES, 153, A459-A462.

zaotuo

锂空气电池正极材料研究新进展

董全峰教授课题组在锂空气电池正极材料研究中取得重要进展，相关研究成果 “An open-structured matrix as oxygen cathode with high catalytic activity and large Li2O2 accommodations for lithium-oxygen batteries”发表在《先进能源材料》(Adv. Energy Mater. DOI:10.1002/aenm.201800089)。该工作得到了评审人的高度评价，认为“这一工作为我们解决困扰锂空电池的问题建立了一个好的示范”（This work has set us a good example to resolve the difficulties troubling the Li-O2 battery）；编辑部推荐将该研究成果作为“视频摘要”在Wiley Online平台进行介绍。

       非水系锂空气（Li-O2）电池主要是基于Li2O2的生成与分解来进行能量的存储，由于其采用金属锂作为负极，空气中的氧气作为正极的活性物质，因而具有极高的理论能量密度，可达现有锂离子电池的10倍左右，被认为是一代所谓“终极”化学电源。虽然锂空气电池是非常有吸引力的电化学储能体系，但要实现其广泛应用，仍然有很多困难需要克服。对其中关键的空气电极而言，主要有以下三个方面的问题：（1）气体电极结构问题。不溶的放电产物Li2O2容易堵塞空气电极，阻碍氧气的扩散与进一步反应，使得其实际放电容量远远低于理论放电容量；（2）氧气反应的动力学问题。氧气在空气电极上的氧化还原反应较为缓慢，导致充放电过程的过电位较大（通常大于1 V）；（3）界面问题。放电产物Li2O2与空气电极的接触界面问题，直接影响充电过程，使得Li2O2不能被完全分解，造成锂空气电池的可逆性较差。

       针对这些问题，该研究设计和合成出一种具有开放式结构的剑麻状Co9S8材料，并首次将其作为锂空气电池正极。通过系统的研究发现，其开放状结构不仅为反应产物提供了丰富储存空间，有效避免不溶Li2O2对空气电极的堵塞。而且，特殊的开放式结构有利于氧气的俘获与释放，为高效快速电极反应提供保障；其次，Co9S8具有优异的催化活性，有效改善了氧气反应动力学，大幅度提高了电极反应速度；最后，Co9S8且具有良好的氧气亲和性，可以诱导氧气在Co9S8纳米棒表面反应生成过氧化锂，形成优异的Li2O2/电极接触界面，从而有利于充电过程中充分发挥Co9S8的催化效率，促进Li2O2的完全分解。所以，该Co9S8空气电极综合解决了上述三个方面的问题，相应的锂空电池表现出优异的电化学性能。在50 mA g-1的电流密度下，可以获得高达~6875 mAh g-1的放电容量，在控制放电容量为1000 mAh g-1的条件下，可以将充放电过电位降低至0.57 V，优于目前已报道的氧化物基催化剂。本文也结合实验与理论计算，提出了Li2O2的反应机理，对设计和优化气体电极具有理论指导意义。

                        
       研究工作在董全峰教授和郑明森副教授的指导下，主要由我院2015级iChEM直博生林晓东（第一作者）完成，理论计算部分由袁汝明助理教授（共同第一作者）完成，博士生蔡森荣、江友红、雷杰、刘三贵等参与了部分工作。廖洪钢教授和泉州师范学院吴启辉教授分别在透射电子显微镜和X射线光电子能谱方面提供了积极的帮助与支持。此外，傅钢教授在理论计算方面予以的建议，陈嘉嘉博士（格拉斯哥大学）和王苏恒博士生（2015级iChEM直博生）参与实验方面讨论。

       该工作得到了科技部重大基础研究计划（973计划，项目批准号：2015CB251102）、国家自然科学基金委（项目批准号：21673196、21621091、21703186）和中央高校基本科研业务费专项资金（项目批准号：20720150042）的资助。

       论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201800089

nifan

董全峰ACS Nano：石墨烯支撑的BN纳米片增强多硫化锂吸附用于宽温程Li-S电池

对于Li-S电池来说，S在氧化还原反应中的催化效应是不可避免的，因此大量的功能性硫电极支撑材料被广泛研究。然而，大多数研究都是在室温下进行的，并且对于基体中各组分之间的相互作用关注度不足。最近，研究人员报道了一种石墨烯支撑的BN纳米片复合物，其中石墨烯与BN具有吸附多硫化物的协同作用，因此能够实现Li-S电池在宽温程下的优异电化学性能。在70度高温下，在2 C的电流密度下循环300周后电池的容量能够稳定在888 mAh/g，对应着每周低于0.04%的容量衰减率。

Deng D,Xue F, et al. Enhanced Adsorptions to Polysulfides on Graphene-Supported BN Nanosheets with Excellent Li–S Battery Performance in a Wide Temperature Range[J]. ACS Nano,2018.

DOI:10.1021/acsnano.8b05534

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05534

qianduan

董全峰教授、陈嘉嘉副教授课题组，应Cell Press旗下Chem期刊的邀请，撰写题为“Exploring and Understanding the Roles of Li2Sn and the Strategies to Beyond Present Li-S batteries”综述，于近日在线发表(Chem, 2020, 6, 1-25, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.06.032）。
       作为新一代高比能电化学储能体系，锂硫电池是基础研究领域和工业化应用领域关注的热点。但由于其工作过程中电极转换反应的复杂性及特殊性，迄今难以实现稳定的理论容量输出。作为锂硫电池充放电过程的中间产物，多硫化锂的电化学/化学反应过程中涉及的热力学和动力学行为对硫正极、锂负极以及电解液有着深刻的影响。研究团队从多硫化物的物理化学行为角度全面阐述和深入解析了多硫化物对电池正负极材料的功能化设计、电解质和隔膜的功能调控的关键作用，指出新型表征技术和界面工程技术对未来锂硫电池（包括单电极设计和全电池研究）基础科研和实用化具有重要的指导意义。

      我院2016级博士生雷杰和2017级博士生刘婷为该综述论文的共同第一作者。清华大学张强教授、我院毛秉伟教授和郑明森副教授参与该论文写作，相关研究得到国家自然科学基金（项目批准号：U1805254、21673196、21703186、U1705255、21773192、21975211），中央高校基本科研业务费（20720190035）以及厦门大学“南强青年拔尖人才计划”等支持。
      论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2451929420303132

huaihuaxiang

近日，我院董全峰教授课题组与毛秉伟教授课题组合作，在锂氧气电池金属锂负极界面研究方面取得重要进展，相关研究成果以“An oxygen-blocking oriented multifunctional solid-electrolyte interphase as protective layer for lithium metal anode in lithium–oxygen batteries”为题发表于Energy & Environmental Science（DOI: 10.1039/D0EE02931A）。

       锂氧电池具有很高的理论比容量，是新一代高比能体系研究的热点。长期以来，氧气正极一直是研究焦点，而金属锂负极的研究却相对较少。事实上，在氧气存在的情况下，会导致锂枝晶的生长和金属锂的腐蚀等问题，金属锂负极与电解液之间的界面非常不稳定，最终导致电池失效。众所周知，硝酸锂（LiNO3）是锂硫电池稳定金属锂负极的关键电解液成分，其可以通过与金属锂发生化学或电化学反应形成Li2O、Li3N和LiNxOy等物质来改善金属锂负极表面SEI膜的性质。而这些物质，特别是不溶性的LiNxOy，可以钝化金属锂负极并阻止电子从金属锂转移到电解液中，有效地抑制了金属锂负极与多硫化物/电解液之间的副反应。但是有研究表明，在锂氧气电池体系中，LiNO3衍生的SEI膜组分中的NO2–物种可以溶解到电解液中并与O2通过系列复杂反应重新生成NO3–物种。该过程会破坏SEI膜结构，导致新的活性锂物种反复暴露于电解液中，使金属锂负极与氧饱和的LiNO3电解液在电池循环期间连续不断地发生副反应，最终损害LiNO3基锂氧气电池的循环稳定性。
       该工作结合研究团队先前发展的电化学抛光技术（Nature Communications, 2018, 9, 1339）和硝酸锂的还原化学，在金属锂表面设计和构筑了一种独特的、具有多层结构的、分子级光滑的LiNO3衍生SEI（N-SEI）膜。发现该N-SEI膜中，可溶性的NO2–物种被包裹在SEI膜的内层区域，而外层区域则由不溶的物种组成，避免了由于NO2–物种溶解而造成的负面影响。实验和理论计算结果表明，除了可以显著抑制锂枝晶生长外，该N-SEI膜还可以有效阻挡氧气的渗透，抑制金属锂负极的腐蚀，显著提升锂氧气电池的循环性能。该研究为锂氧气电池金属锂负极的保护提供了一种有效的策略，同时也对电解液添加剂的合理使用提供了新的见解。
        该研究是在董全峰教授、毛秉伟教授和郑明森副教授的共同指导下完成的，2015级iChEM博士生林晓东（已毕业）和2014级博士生谷宇（已毕业，现为博士后）为该论文的共同第一作者，2017级硕士生沈晓茹（已毕业）、2016级博士生王卫伟（已毕业）和2014级博士生洪宇浩（已毕业，现为嘉庚创新实验室工程师）参与了部分研究工作。集美大学吴启辉教授、我院周志有教授和吴德印教授分别在X射线光电子能谱表征、微分电化学质谱表征和理论计算研究等方面提供了大力支持。苏亚琼博士、袁汝明副教授和张霞光博士参与了理论计算方面的讨论，苏海胜、冯慧姝和赵庆庆帮助完成拉曼光谱测试，泉州师范学院连小兵博士在X射线光电子能谱测试予以帮助。该工作得到了国家自然科学基金（U1805254、21673196、21703186、U1705255、21773192、21972119、21991151）和中国博士后科学基金（2019TQ0177）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D0EE02931A

mitao

近日，我院董全峰教授课题组在锂氧气电池液相催化剂的研究中取得重要进展，相关研究成果以“Redox Mediator with the Function of Intramolecularly Disproportionating Superoxide Intermediate Enabled High-Performance Li–O2 Batteries”为题发表在Advanced Energy Materials上（DOI：10.1002/aenm.202102764）。
       锂氧气电池以金属锂为负极，以空气中的氧气作为正极活性物质，通过基于Li2O2的生成与分解实现能量的存储与转化，具有极高的理论能量密度。然而，迟滞的氧电极多相反应动力学使得充放电过程的极化严重、放电产物对电极的钝化及充电时的不完全分解使得电池可逆性较低、具有高反应活性的中间产物（LiO2，O2-）会引发多种副反应。针对上述问题，董全峰教授课题组长期致力于锂氧气电池空气电极的功能设计，并取得一系列研究成果（Adv. Energy Mater., 2020, 10, 2001592；Chem, 2018, 4, 2685−2698; Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1800089; Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9765−9768; ACS Catal.,2018, 8, 7983−7990）。

        该工作在前期研究基础上进一步开展氧气电极液相催化研究，首次将2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS）分子引入锂氧气电池体系。在放电过程中，高度对称ABTS分子两端的各有一个SO3-和NH4+离子对，有如“钳形”，可俘获两个LiO2分子，形成ABTS(LiO2)2中间产物，使其发生分子内歧化反应，促进电解液中Li2O2产物的快速生成，抑制超氧化物相关的副反应并改善了氧气正极的钝化问题；充电时，由于ABTS自身可以发生可逆的氧化还原反应和良好的电子转移能力，可以作为一种高效的氧化还原介质（RM）改善Li2O2氧化分解动力学。通过上述放电和充电过程中的双功能作用，实现了锂氧气电池更低的充放电过电位，更高的放电容量以及更长久的循环。
        该工作在董全峰教授和郑明森教授的共同指导下完成。我院2018级博士生孙宗强和2015级iChEM博士生林晓东（已毕业）为论文的共同第一作者。理论计算部分由袁汝明副教授完成，博士生窦文杰、谭艳艳、胡阿娟、侯晴也参与了部分工作，翁培敏在紫外可见光谱测试、朱礼林在拉曼光谱测试给予了帮助。该工作得到了国家自然科学基金委（项目批准号：U1805254、U1705255、21773192、22072117、22179112）的资助。
        论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202102764

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近日，我院董全峰教授课题组在锂氧气电池新型电解质体系研究中取得重要进展，相关研究成果以“High-performance Lithium–Oxygen Batteries using a Urea-based Electrolyte with Kinetically Favorable One-electron Li2O2 Oxidation Pathways”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上（DOI: 10.1002/anie.202207570）。
        在电化学储能装置中，电解液在构建反应环境方面起着决定性的作用。由于氧电极反应的复杂性，电解液的作用在锂氧气电池中更加突出。一方面， O2–、O22–、1O2等活性氧（reactive oxygen species, ROS）在电解液中的稳定性决定了锂氧气电池的循环寿命；另一方面，电解液与中间产物（如LiO2、Li2-xO2）的相互作用又可调控锂氧气电池的放电/充电机制，从而影响电池容量和过电位。

        该工作报道了一种适用于锂氧气电池的新型脲基电解液体系（TMU）。由于TMU具有较强的Li+溶剂化能力，该电解液系统可以构建动力学更加有利的Li2O2单电子氧化途径（Li2O2 → LiO2(sol) + e− + Li+；2LiO2(sol) → Li2O2 + O2）。此外，溶剂分子结构中不包含易被高反应活性O2– 亲核进攻的α-氢原子，从而抑制了攫氢副反应。相比于传统醚类基电解液，新型脲基电解液体系表现出了更低的充电过电位（~0.51 V vs. ~1.27 V）和更长的循环寿命（~135 cycles vs. ~28 cycles），实现了锂氧气电池性能的大幅度提升。通过合理的催化设计和添加剂修饰，该新型脲基电解液体系后续可望得到进一步发展。
          该工作在董全峰教授和郑明森教授的共同指导下完成。我院2018级博士生孙宗强和2015级博士生林晓东为论文的共同第一作者。袁汝明副教授在实验思路上给予了帮助。博士生王楚涛、胡阿娟、侯晴、谭艳艳、窦文杰也参与了部分工作，唐淳博士与华煜晖博士在分子结构上参与了讨论。该工作得到国家自然科学基金委（项目批准号：U1805254、21773192、22072117、22179112）的资助。
         论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202207570

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锂硫电池由于其高理论能量密度而被认为是极具潜力的下一代高能量密度储能体系。然而，缓慢的硫电极过程动力学制约了锂硫电池的性能发挥。其中，界面的电化学反应催化以及加速锂离子的扩散是关键因素。董全峰教授团队之前的工作表明，在电极中植入具有多重氧化还原特征的辅助功能分子可以突破传统的扩散层约束，驱动界面上锂离子的高效输运至反应位点从而实现强制对流。这一研究改善了锂离子扩散行为，但未能有效提高界面电化学步骤动力学。

       基于此，厦门大学董全峰团队研发了一种应用于硫正极的双功能有机复合分子，亚甲基蓝蒽醌2-磺酸钠（MB-AQ）。MB-AQ通过多步氧化还原反应可逆地结合与释放锂离子，驱动离子在界面的高效输运，确保硫物种的电化学反应始终有充足的锂离子供应；此外，循环过程中功能分子产生的极性位点可以有效的耦合多硫化锂，降低硫转换反应的能垒，催化硫物种在界面处的电化学反应。得益于离子扩散的加速和界面反应催化两种功能，MB-AQ/rGO/S用作锂硫电池正极时在4C下可以实现674 mAh g−1的初始容量并稳定循环1000个周期，即使在6C的大电流密度下也可以实现462 mAh g−1的可逆容量。
       文章信息:Zheng Q, Fan X, Liu G, et al. Enhancing sulfur cathode process via a functionalized complex molecule. Nano Research, 2022, https://doi.org/10.1007/s12274-022-5282-6.

nice007

近日，我院董全峰教授团队在锂硫电池硫转化的内生机制研究中取得重要进展，相关研究成果以“An Endogenous Prompting Mechanism for Sulfur Conversions Via Coupling with Polysulfides in Li-S Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上（DOI: 10.1002/anie.202308726.）。
        锂硫电池由于其高理论能量密度（2600 Wh/kg）、环境友好、硫储量丰富等优点而被认为是最有潜力的下一代高能量密度储能体系。然而，锂硫电池在硫到硫化锂的复杂转换过程中存在着可溶性中间体的穿梭效应以及迟缓的动力学过程，这严重限制了其在实际应用中的表现。因此，如何同时解决硫正极存在的穿梭效应以及动力学迟缓问题成为一个关键挑战。

        基于此，该工作提出了一种锂硫电池的内生促进机制，即通过功能分子耦合多硫化物中间体来调控其溶解度与氧化还原活性，形成了一个基于耦合中间体的快速“内循环”来驱动硫转换反应迟缓“外循环”的增强复合电极过程，从而大幅提升硫正极的反应动力学并有效抑制穿梭效应。而且，基于内生促进机制的电极过程可以调控放电产物呈现均匀的膜状沉积，放电产物形态的改变促进了随后充电时硫化锂的分解过程。得益于动力学的改善以及穿梭效应的有效抑制，锂硫电池表现更高的容量，优异的倍率性能以及良好的循环稳定性。
        该研究工作是在董全峰教授和郑明森副教授的指导下完成，我院2020级博士生郑庆毅为论文第一作者。袁汝明副教授完成理论计算部分，博士生侯晴、樊孝祥、王坤、硕士生舒正昊、刘国庆等也参与了部分工作。该工作得到国家自然科学基金委（22021001、22179112、 22072117）的资助。
        论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202308726