国家纳米科学中心中科院纳米系统与多级次制造重点实验室智林杰

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智林杰,国家纳米科学中心研究员，2000年从中国科学院煤炭化学研究所毕业获得博士学位，2000年8月至2002年12月在中科院化学研究所从事博士后研究。2003年1月至2007年9月在德国马普协会高分子研究所（Max-Planck-Institute for Polymer Research）工作。从2005年5月起担任马普高分子研究所课题组长（Project leader），领导一个课题组从事富碳化学与能源材料方面的研究工作。2007年9月加入国家纳米科学中心，被聘为研究员，科学院百人计划人选，博士生导师。主要从事基于富碳高分子化学的材料构建及其石墨烯功能化与多元复合材料在能源领域的应用研究，重点关注这些材料作为电极材料在储能器件与光电器件中的应用，作为催化剂材料在电化学催化与非均相催化中的应用，以及材料在实际应用中的结构与功能调控和对应的结构-性能关系研究。围绕这些研究，智林杰研究员近年来在各类国际知名的学术期刊上发表研究论文100余篇。其中有36
篇（包括通讯联系人文章26 篇）发表在Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.，Nano Lett.，Energy Environ. Sci., Adv. Func. Mater., ACS Nano 等化学、材料、能源领域影响因子大于9 的国际一流的学术刊物上。截止到2013 年9 月份，研究工作在近五年他人引用4000 余次；单篇最高引用1000 余次，H因子33。


姓    名:智林杰        
性    别:男
职    务:无        
职    称:研究员
通讯地址:北京市海淀区中关村北一条11号
邮政编码:1001190        
电子邮件:zhilj@nanoctr.cn        

智林杰研究员课题组主页
研究领域：
富碳纳米材料的构建与结构控制
高性能富碳纳米材料
富碳纳米材料在能源与环境领域的应用
重点研究以高效、清洁能源为应用背景的多功能富碳纳米材料的设计、制备、组装及其化学及物理性质的调节和控制。主要涉及富碳超分子材料、有机/无机杂化材料、炭基材料及炭/金属杂化材料等。所得材料的应用研究主要涉及能源转化材料（应用于锂离子电池、燃料电池、太阳能电池以及各种发光器件等），能源储存材料（应用于储氢材料、储热材料、磁性材料以及超级电容器等），能源增效材料（应用于金属及非金属催化材料、隔热材料、微耗传输材料等），以及环境检测及修复材料（应用于化学及物理传感材料、吸附材料等）。项目组主要针对能源及环境材料中存在的化学问题，在分子及纳米尺度上研究材料的结构性能关系，为设计和制备新型高效的纳米能源及环境材料提供实验依据。项目组与国内及国际上许多活跃的研究小组有紧密的合作关系，近年来在国际著名的学术刊物如Nano Lett., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Small等上发表论文数十篇。
代表论著：
　　28. Tengfei Qiu, Bin Luo, Michael Giersig, Eser Metin Akinoglu, Long Hao, Xiangjun Wang, Lin Shi, Meihua Jin andLinjie Zhi*, “Au@MnO2 Core–Shell Nanomesh Electrodes for Transparent Flexible Supercapacitors”, Small, 2014, in press.
　　27. Jing Ning, Jie Wang, Xianglong Li, Tengfei Qiu, Bin Luo, Long Hao, Minghui Liang, BinWang, and Linjie Zhi*, “A fast room-temperature strategy for direct reduction of graphene oxidefilms towards flexible transparent conductive films”, J Mater Chem A, 2014,in press.
　　26. Qi Song, Yuying Jia, Bin Luo, Haiyong He, Linjie Zhi*, “Covalently Stabilized Pd Clusters in Microporous Polyphenylene: An Efficient Catalyst for Suzuki Reactions Under Aerobic Conditions”, Small, 2013, 9, 2460-2465.
　　25. Bin Wang, Xianglong Li*, Xianfeng Zhang, Bin Luo, Yunbo Zhang, Linjie Zhi*, “High volumetric capacity silicon-based lithium battery anodes by nanoscale system engineering”, Nano Lett.2013, 13, 5578-5584.
　　24. Long Hao, Xianglong Li, Linjie Zhi*, “Carbonaceous electrode materials for supercapacitors”, Adv. Mater.2013, 25, 3899-3904.
　　23. Bin Wang, Xianglong Li*, Xianfeng Zhang, Bin Luo, Yunbo Zhang, Linjie Zhi*, “Contact-engineered and void-involved silicon/carbon nanohybrids as lithium ion battery anodes”, Adv. Mater., 2013, 25, 3560-3565.
　　22. Haiyong He, Xianglong Li, Jie Wang, Tengfei Qiu, Yan Fang, Qi Song, Bin Luo, Xianfeng Zhang, Linjie Zhi*, “Reduced graphene oxide nanoribbon networks: a novel approach towards scalable fabrication of transparent conductive films”, Small, 2013, 9, 820-824.
　　21. Bin Wang, Xianglong Li*, Bin Luo, Jingxuan Yang, Xiangjun Wang, Qi Song, Shiyan Chen, Linjie Zhi*, “Pyrolyzed bacterial cellulose: a versatile support for lithium ion battery anode materials”, Small, 2013, 9, 2399-2404.
　　20. Bin Wang, Xianglong Li*, Bin Luo, Yuying Jia, Linjie Zhi*, “One-dimensional/two-dimensional hybridization for self-supported binder-free silicon-based lithium ion battery anodes”, Nanoscale, 2013, 5, 1470-1474.
　　19. Xianglong Li*, Linjie Zhi*, “Managing voids of Si anodes in lithium ion batteries”, Nanoscale, 2013, 5, 8864-8873.
　　18. Bin Wang, Xianglong Li*, Bin Luo, Xianfeng Zhang, Yuanyuan Shang, Anyuan Cao, Linjie Zhi*, “Intertwined network of Si/C nanocables and carbon nanotubes as lithium ion battery anodes”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 6467-6472.
　　17. Xianfeng Zhang, Jing Ning, Xianglong Li, Bin Wang, Long Hao, Minghui Liang, Meihua Jina, Linjie Zhi*, “Hydrogen-induced effects on the CVD growth of high-quality graphene structures”, Nanoscale, 2013, 5, 8363-8366.
　　16. Yan Fang, Jie Wang, Yuying Jia, Bin Luo, Xianglong Li, Feiyu Kang, Linjie Zhi,* “Enhanced transparent conductive properties of graphene/carbon nano-composite films”, J. Nanosci. Nanotechnol., 2013, 13, 942-945.
　　15. Meihua Jin，Linjie Zhi*, “Structurally tailored graphene based nanomaterials and their application in green energy-related fields”, Chinese Science Bulletin, 2013, 58, 2411-2424.
　　14. Qi Song, Bin Wang, Ke Deng, Xinliang Feng, Manfred Wagner, Julian D Gale, Klaus Müllen, Linjie Zhi,* “Graphenylene, a unique two-dimensional carbon network with nondelocalized cyclohexatriene units”, J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 38-41.
　　13. Bin Wang, Qi Song, Bin Luo, Xianglong Li, Minghui Liang, Xinliang Feng, Manfred Wagner, Klaus Müllen, Linjie Zhi,* “Exploring the Interaction between Graphene Derivatives and Metal Ions as a Key Step towards Graphene–Inorganic Nanohybrids”, Chem. Asian J. 2013, 8, 410-413.
　　12. Bin Wang, Xianglong Li,* Xianfeng Zhang, Bin Luo, Meihua Jin, Minghui Liang, Shadi A. Dayeh, S. T. Picraux, Linjie Zhi,* “Graphene Oxide Sheets as Lithium Ion Battery Anodes”, ACS Nano, 2013, 7, 1437-1445.
　　11. Bin Wang, Bin Luo, Xianglong Li, Linjie Zhi,* “The dimensionality of Sn anodes in Li-ion batteries”, Mater. Today, 2012, 15(12), 544-552.
　　10. Long Hao, Bin Luo, Xianglong Li, Meihua Jin, Yan Fang, Zhihong Tang, Yuying Jia, Minghui Liang, Arne Thomas, Junhe Yang, and Linjie Zhi* “Terephthalonitrile-derived nitrogen-rich networks for high performance Supercapacitors“; Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9747-9751.
　　9.Yan Fang , Bin Luo , Yuying Jia , Xianglong Li , Bin Wang , Qi Song , Feiyu Kang,* and Linjie Zhi* “Renewing Functionalized Graphene as Electrodes for High-Performance Supercapacitors“, Adv. Mater., 2012, 24, 6348-6355.
　　8. Juan Deng, Bin Wang, Yubai Shi, Qi Song, Ali Wang, Long Hao, Bin Luo, Xianglong Li, Zhaohui Wang, Feng Wang,* Linjie Zhi*, “Poly (zinc phthalocyanine) Nanoribbons and Their Application in the High-Sensitive Detection of Lead Ions”, Macromolecular Chemistry and Physics, 2012, 213, 1051-1059.71. Bin Luo, Bin Wang, Xianglong Li, Yuying Jia, Minghui Liang, Linjie Zhi*, “Graphene-Confined Sn Nanosheets with Enhanced Lithium Storage Capability”, Adv. Mater., 2012, 24, 3538-3543.
　　7. Jie Wang, Minghui Liang, Yan Fang, Jin Zhang,* and Linjie Zhi*, “Rod coating: towards large-area fabrication of uniform reduced graphene oxide films for flexible touch screen”, Adv. Mater.,2012, 24(21), 2874-2878.
　　6. Minghui Liang, Jie Wang, Bin Luo, Tengfei Qiu, Linjie Zhi*, “High-Efficiency and Room-Temperature Reduction of Graphene Oxide: A Facile Green Approach Towards Flexible Graphene Films”, Small, 2012, 8(8), 1180-1184.
　　5. Bin Luo, Bin Wang, Minghui Liang, Jing Ning, Xianglong Li, Linjie Zhi*, “Reduced Graphene Oxide-Mediated Growth of Uniform Tin-Core/Carbon-Sheath Coaxial Nanocables with Enhanced Lithium Ion Storage Properties”, Adv. Mater., 2012, 24(11), 1405-1409.  
　　4. Bin Luo, Shaomin Liu, Linjie Zhi*, “Chemical Approaches toward Graphene-Based Nanomaterials and their Applications in Energy-Related Areas”, Small,2012, 8(5), 630-646.
　　3. Yuying Jia, Dachi Yang, Bin Luo, Shaomin Liu, Moses O. Tade, Linjie Zhi*, “One-pot synthesis of Bi-Ni nanowire and nanocable arrays by coelectrodeposition approach”, Nanoscale Research Letters,2012, 7, 1-6.
　　2. Xuemei Zhou, Jinyao Lan, Gang Liu,* Ke Deng, Yanlian Yang, Guangjun Nie, Jiaguo Yu,* and Linjie Zhi,* “Facet-Mediated Photodegradation of Organic Dye over Hematite Architectures by Visible Light”, Angew. Chem. Int. Ed.,2012, 51, 178-182.
　　1. Bin Luo, Yan Fang, Bin Wang, Jisheng Zhou, Huaihe Song, and Linjie Zhi*, “ Two Dimensional Graphene/SnS2 Hybrids with Superior Rate Capacities for Lithium ion Storage”,Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5226-5230. 　　  
承担科研项目情况：
科技部863项目，科技部国际合作重点项目，中科院百人计划项目，中科院方向性项目

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国家纳米科学中心AFM综述：C-Si杂化材料用于储锂的维度设计

硅作为下一代锂离子电池(LIB)最有前景的候选材料之一已得到了广泛的研究，虽然研究者们致力于解决硅负极的主要问题，但硅材料固有的低导电性和大体积变化仍然阻碍其进一步实际应用。其中构建碳-硅杂化材料被认为是提高硅电化学储锂性能的有力策略，其中组分尺寸变化和尺寸杂化方式对储锂性能的改善起着关键作用。本文根据硅和碳的尺寸变化对碳硅杂化材料进行了分类，阐述了碳硅杂化材料最新代表性的研究进展，重点介绍了尺寸设计方法、协同效应以及性能提升的潜力等。最后，对碳硅杂化领域的发展方向和前景进行了讨论，为商业锂离子电池系统提供了先进碳硅材料和电极结构的合理设计。
从纳米硅到微硅发展出了基于不同维度的碳硅杂化方法，并且设计制备所得复合材料在容量、倍率、库仑效率、循环寿命等方面表现出明显更为优异的储锂性能。虽然这些精心设计的碳硅复合材料和电极系统在下一代锂离子电池中具有巨大的潜力，但仍有几个关键问题需要解决。

首先，在商业电池器件中为了获得良好的能量输出，合理的面积容量，材料的负载量水平的调控是必不可少的。随着材料负载量的增加，较厚电极中离子扩散受限，使得以往报道中优异的电化学性能在实际器件中迅速下降，因此必须在不同的负载量下对碳硅杂化材料进行进一步的研究。


其次，体积容量是评价可行性的一个重要参数，针对块体硅负极存在的问题，特别要考虑与体积容量有关的主导因素，设计和制造碳硅杂化材料将更为有利。


第三，虽然不同碳维数的硅杂化大大提高了碳硅杂化产物的导电性，但在考虑到高能量和大功率应用的情况下，获得的高倍率性能是有限的。因此，新的碳硅杂化策略对于提高锂的储存动力学和倍率性能有着很大的需求。


第四，传统的电极助剂(如粘结剂、导电添加剂和集流体)不可避免地会降低实际电池的总重量能量密度。因此，构建自支撑无粘结剂的碳硅杂化电极是一种大幅度提高整体重量能密度的新兴方法，对材料尺度和电极尺度的设计公式都有很高的要求。


第五，由于许多设计精良的碳硅混合动力车严重依赖极其昂贵的硅材料、复杂的设备和耗时的程序，高成本不可避免地阻碍硅基负极的商业化，因此设计和开发低成本的杂化方法是必不可少的。第六，碳含量也是一个重要因素，特别是过量的碳必然会削弱硅基负极的电化学性能。因此，在未来设计和制造可行的碳硅复合负极时，必须详细说明硅碳重量比。




文章链接
Dimensionally Designed Carbon–Silicon Hybrids for Lithium Storage, Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201806061.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201806061

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1 锂离子电池负极活性物质及其制备方法和负极材料及负极（ZL 201110131156.X） 智林杰，罗彬，梁明会，方岩，王斌
2  一种纳米或纳米多孔碳纤维束及其制备方法和应用（ZL 201310329335.3）  智林杰，石琳，李祥龙，贾玉莹，何海勇
3  一种三维导电网络化硅碳复合材料及其制备方法和应用（ZL201710281023.8） 李祥龙，张兴豪，周敏，智林杰

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基于维度设计的硅碳杂化储锂材料

国家纳米科学中心的李祥龙、智林杰研究团队在Advanced Functional Materials 上发表了题为“Dimensionally designed carbon-silicon hybrids for lithium storage”的综述文章。

随着大规模储能和电动汽车的快速发展，开发高能量密度、长循环寿命、高安全性的锂离子电池已成为当今储能领域的研究热点和焦点。发展高能量密度、长循环寿命的电极材料是实现这一目标的重要途径。目前广泛研究的锂离子电池负极材料主要有嵌入型负极材料（碳材料）、转化型负极材料（金属氧化物）和合金化型负极材料（硅、锡等）。硅材料由于其丰富的储量、极高的理论比容量等优势受到广泛关注。但是，由于其巨大的体积变化效应和固有的低导电性，硅材料循环性能很差，严重阻碍其实际应用。

针对上述问题，围绕高性能硅负极材料，研究者开展了大量研究工作。构建碳硅杂化材料是提高硅负极循环稳定性等电化学储锂性能的一种有力策略，其中组分维度变化和维度杂化方式对材料储锂性能的改善起着关键作用。

基于此，本文从纳米尺度的硅组分到微米尺度的硅组分出发，结合碳硅杂化材料代表性的最新研究进展，从组分维度及维度杂化角度对碳硅杂化材料进行了分类归纳和系统梳理；重点围绕组分结构、尺寸、界面、协同效应以及性能提升（容量、倍率、库伦效率及循环寿命）等方面展开，阐述了碳硅杂化材料的维度设计方法学，为高性能碳硅杂化结构材料的合理设计提供了新视角。进一步，对碳硅杂化领域的发展方向和未来前景进行了展望，为下一代锂离子电池及系统的发展提出了先进碳硅杂化结构材料及电极体系的实用化设计思路和途径。

该论文作者为：Xinghao Zhang, Debin Kong, Xianglong Li, Linjie Zhi

Dimensionally Designed Carbon-Silicon Hybrids for Lithium Storage

Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1806061, DOI: 10.1002/adfm.201806061