西湖大学王建辉

zhetengwan

王建辉，西湖大学教授。2001年获全国化学竞赛一等奖，2002年保送浙江大学材料系，大二进入实验室开始镍氢二次电池相关研究。2006-2011年，接受浙江大学、新加坡国立大学（2年）、中科院大连化物所（1年）直攻博联合培养，从事固态化学储氢研究。随后在日本九州大学国际氢能中心从事博士后研究。2013-2018年，加入东京大学从事锂离子电池与电解液研究，历任特任研究员、JSPS学者、主任研究员（Chief Researcher）。2018年9月全职回国加入西湖大学，担任新能源存储与转化实验室负责人（研究员/博导）。

学术成果


当前，环境污染与能源短缺是人类社会所面临的两大严峻挑战。开发绿色可持续能源系统，不仅可从根本上改变人类依赖化石燃料的能源结构现状，同时也可消除由化石燃料利用所引发的环境问题。王建辉博士在过去十多年里一直从事储能研究工作，研究内容包括锂/钠离子电池与电解液、金属氮氢储氢材料、镍氢二次电池等，研究涉及电化学、物理化学、无机固相化学、有机液态化学、催化、纳米技术等多个化学与材料分支学科的交叉结合。主要研究成果包括：首次研发一种高效的非过渡金属储氢催化剂并揭示其催化机理（Angewandte Chemie-International Edition 2009，ChemSuschem 2013）；设计首例“单一溶质单一溶剂”的高电压锂离子电解液，实现5V级电池（Nature Communications 2016）；设计灭火有机电解液，实现安全长寿锂/钠离子电池（Nature Energy 2018）。课题组未来将致力于探索和开发新一代清洁能源存储与转化关键技术，如二次电池、新型储氢技术、电催化合成制备燃料等。
代表论文
1. Y. Yamada†, J. Wang† (共同一作), S. Ko, E. Watanabe, A. Yamada*, Advances and issues in developing salt-concentrated battery electrolytes, Nature Energy 4 (2019), 269-280.（邀稿综述）
2. J. Wang, Y. Yamada, K. Sodeyama, E. Watanabe, K. Takada, Y. Tateyama, A. Yamada*, Fire-extinguishing organic electrolytes for safe batteries, Nature Energy 3 (2018), 22-29. （以杂志封面发表；设计了一种具有灭火功能的安全稳定有机电解液，可望解决电池的安全问题）
3. J. Wang†, Y. Yamada†, K. Sodeyama, C. Chiang, Y. Tateyama, A. Yamada*, Superconcentrated electrolytes for a high-voltage lithium-ion Battery, Nature Communications 7 (2016), 12032. （设计首例“单一溶质单一溶剂”的高电压锂离子电解液，实现了5V级电池，可望进一步提升电池能量密度）
4. J. Wang, P. Chen*, H. Pan, Z. Xiong, M. Gao, G. Wu, C. Liang, C. Li, J. Wang, Solid-solid heterogeneous catalysis: The role of potassium in promoting the dehydrogenation of the Mg(NH2)2/2LiH composite, ChemSusChem, 6 (2013), 2181-2189. （揭示了钾的催化放氢机制，不同于常规过渡金属催化机理，为设计高效储氢催化剂提供了一种新思路）
5. J. Wang*, H. Li*, P. Chen*, Amides and borohydrides for high-capacity solid-state hydrogen storage -- materials design and kinetic improvements, MRS Bulletin, 38 (2013), 480-487. （邀稿综述）
6. J. Wang, G. Wu, Y. Chua, J. Guo, Z. Xiong, Y. Zhang, M. Gao, H. Pan, P. Chen*, Hydrogen sorption from the Mg(NH2)2-KH system and synthesis of an amide-imide complex of KMg(NH)(NH2), ChemSusChem, 4 (2011), 1622-1628. （合成了首例高纯晶态amide-imide complex储氢材料）
7. J. Wang, T. Liu, G. Wu, W. Li, Y. Liu, C. M. Araujo, R. H. Scheicher, A. Blomqvist, R. Ahuja, Z. Xiong, P. Yang, M. Gao, H. Pan, P. Chen*, Potassium-Modified Mg(NH2)2/2LiH System for Hydrogen Storage, Angewandte Chemie, 121 (2009), 5942-5946; Angewandte Chemie-International Edition, 48 (2009), 5828-5832. （以杂志扉页发表；首次研发了一种高效的非过渡金属储氢催化剂──钾）
8. J. Wang, J. Hu, Y. Liu, Z. Xiong, G. Wu, H. Pan, P. Chen*, Effects of triphenyl phosphate on the hydrogen storage performance of the Mg(NH2)2-2LiH system, Journal of Materials Chemistry, 19 (2009), 2141-2146. （基于材料固态熵变化，构想了一种调变储氢材料热力学性能的新途径）

zhetengwan

研发非可燃电解液以构建安全稳定的高能量密度锂电池
批准号        21975207       
项目负责人        王建辉       
依托单位        西湖大学
资助金额        66.00万元       
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

liangxi

氨由于具有高含氢量、易压缩储运、零碳排放等特点，是一种十分有潜力为车载氢燃料电池提供高密度能量存储的载体，可以有效的解决高压气态储氢带来的安全与成本问题。由于电催化氨氧化反应（AOR）反应涉及氮氮三键的形成，动力学缓慢，NH3燃料电池在过去的50年中尚未接近任何实际应用。目前，铂族金属是电催化氨氧化反应的最佳电催化剂，具有较低的过电位，但其成本高和易中毒等问题极大的阻碍了其大规模应用。因此，迫切需要新的策略来实现高效催化氨氧化反应，并揭示其反应机制。在自然界中，二价铜是氨单加氧酶催化氨氧化反应的活性中心，也就表明铜基催化剂有可能成为电催化氨氧化反应的有效催化剂。但是，目前研究表明单独的铜物种对电催化氨氧化反应是惰性的。在这项工作中，我们证明了无氨氧化活性的CuO可以通过原位电化学引入氧空位（Vo）成功激活其氨氧化电催化性能，并在400多小时的测试中保持稳定。

         催化剂采用泡沫铜为基底，首先通过湿化学法使泡沫铜表面生长并布满Cu(OH)2纳米线，Cu(OH)2纳米线在Ar气氛焙烧处理后获得Cu2O纳米线，再在氨氧化反应过程中经过CV循环过程会发生原位的结构重构，从而获得Vo-rich CuO；将所制备的Cu(OH)2纳米线通过酒精灯火焰快速焙烧，获得Vo-poor CuO；通过购买的商业CuO制备成Vo-free CuO。通过PL、EPR和XPS表征催化剂体系中Vo的差异；相关电化学测试催化剂体系的氨氧化活性、N2法拉第效率和稳定性；DEMS测试和理论计算相结合说明Vo-rich CuO与Pt基催化剂的反应路径差异。
          本文通过原位电化学方法成功的将Vo引入到CuO纳米线结构中，使得无活性的CuO具备了优异的氨氧化活性和稳定性。随着Vo含量的增加，电催化氨氧化活性和N2法拉第效率明显的增加。此外，通过原位电化学方法制备的Vo-rich CuO催化剂在0.6 V vs Hg/HgO电压下，电流密度可达到200 mA·cm−2，并保持稳定反应超过400 h，是目前报道最稳定的氨氧化反应催化剂。结合实验和理论计算结果表明，Vo-rich CuO与Pt/C催化剂的反应机理不同：Vo的引入调节了表面Cu原子的d带中心，使之移向费米面稳定了NHx*反应中间体，从而激发了CuO催化氨氧化反应。这项工作不仅提供了一种Vo调控氨氧化反应性能的方法，还为开发低成本、高效率和高稳定性的缺陷工程改性电催化剂提供了思路。


         文章信息J. Huang, Z. Chen, J. Cai, et al. Activating copper oxide for stable electrocatalytic ammonia oxidation reaction via in-situ introducing oxygen vacancies. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4279-5.