北京航天航空大学材料学院杨树斌

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杨树斌, 北京航天航空大学教授，北航“卓越百人”计划入选者。2008年毕业于北京化工大学材料科学与工程学院，获工学博士学位；2008.7-2014.2年先后在德国马普聚合物研究所和美国莱斯大学从事博士后研究工作。近5年，以第一作者或通讯作者的科研成果发表在诸多国际权威期刊上，如Acc. Chem. Res.（1篇）, Angew. Chem. Int. Ed. （3篇）, Adv. Mater.（6篇）, Nano Lett.（2篇）, Sci. Rep.（1篇）, Adv. Funct. Mater.（2篇）和Small（1篇）等共28余篇。外加共同作者的论文Nature Commun. （2篇）, Adv. Mater.（4篇）和J. Am. Chem. Soc. 等近50篇。这些论文短期内被材料化学领域同行大量引用（4000余次），H因子29。应邀承担多个国际知名杂志如Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater., Carbon, Electrochem. Commun., Chemistry等的审稿人。

杨树斌

杨树斌
职称职务：教授
所在单位： 材料物理与化学系
联系电话：010-82339714
传真：010-82339714
电子邮箱：yangshubin@buaa.edu.cn
办公地点：北京航空航天大学 IRC楼307

研究方向
1.1.新能源(锂离子电池，锂-空电池，锂-硫电池)电极材料
2.燃料电池非贵金属催化剂
3.新型炭材料
4.低维度纳米材料的制备、性质及应用

论文
[1]      全部论文见:.https://www.researchgate.net/profile/Shubin_Yang3/publications.代表性论文如下:
[2]      Shubin Yang*, Jingjing Xu, Songmei Li*,Bin Li.A new configured lithiated      silicon-sulfur battery built on 3D graphene with superior electrochemical      performances..Energy & Environmental Science
[3]      Huaihe Song*,*, Shubin Yang , Ranran Song , Jiaguang Sun ,Lan Wang .Hybrid      2D–0D Graphene–VN Quantum Dots for Superior Lithium and Sodium      Storage.Adv. Energy Mater. (2016, 1502067)
[4]      Jianhua Liu, * Bo Wang , * Songmei Li , Shubin Yang ,Bin Li .From      Commercial Sponge Toward 3D Graphene–Silicon Networks for Superior Lithium      Storage.Adv. Energy Mater..2015 :1500289
[5]      Shubin Yang*, Bo Wang,* Jianhua Liu, Songmei Li,Bin Li.Vertically Aligned      Sulfur−Graphene Nanowalls on      Substrates for Ultrafast Lithium−Sulfur      Batteries.Nano Letters.2015,15 :3073
[6]      Zheng Liu,* Gonglan Ye, Shubin Yang, Wu Zhou, Xiaolong Zou,Huilong      Fei,Yongji Gong.Boron- and Nitrogen-Substituted Graphene Nanoribbons as      Efficient Catalysts for Oxygen Reduction Reaction
[7]      Pulickel M. Ajayan*, *, Xin Wang ,* Robert Vajtai , Shubin Yang ,Huajie      Huang .Pt-Decorated 3D Architectures Built from Graphene and Graphitic      Carbon Nitride Nanosheets as Efficient Methanol Oxidation Catalysts.Adv.      Mater. 2014, 26(30):5160-5165
[8]      Pulickel M.(*),Ajayan, Robert,Vajtai, Lulu,Ma, Liang,Zhan, Shubin(*),Yang,      Yongji,Gong.A Bottom-Up Approach to Build 3D Architectures from Nanosheets      for Superior Lithium Storage.Advanced Functional Materials,2014,24(1):125-130
[9]      Xinliang*,Feng, Licheng,Ling, Yanli,Wang, Xiaoyue,Xu, Liang*,Zhan,      Shubin,Yang.Graphene-Based Porous Silica Sheets Impregnated with      Polyethyleneimine for Superior CO2 Capture,.Advanced Materials,2013,25(15):2130-2134
[10]      Pulickel M.*,Ajayan, Robert,Vajtai, Lulu,Ma, Zheng,Liu, Shubin*,Yang,      Yongji,Gong.Graphene-Network-Backboned Architectures for High-Performance      Lithium Storage,.Advanced      Materials,2013,25(29):3979
[11]      She,Zhang, Yunhuai,Zhang, Harry E.,Hoster, Zheng,Liu, Yongji,Gong,      Yingsi,Wu, Liujun,Cao, Jixin,Zhu.Building 3D Structures of Vanadium      Pentoxide Nanosheets and Application as Electrodes in Supercapacitors.Nano      Letters,2013,13(11):5408-5413
[12]      Ajayan, Robert,Vajtai, Lulu,Ma, Daniel P.,Hashim, Liang,Zhan, Zheng,Liu,      Yongji,Gong, Shubin*,Yang.Bottom-up Approach toward Single-Crystalline      VO2-Graphene Ribbons as Cathodes for Ultrafast Lithium Storage,.Nano Letters,2013,13(4):1596
[13]      Xi,Wang, Robert,Vajtai, Zheyu,Fang, Lulu,Ma, Liang,Zhan, Jinshui,Zhang,      Yongji,Gong, Shubin*,Yang.Exfoliated Graphitic Carbon Nitride Nanosheets      as Efficient Catalysts for Hydrogen Evolution Under Visible Light.Advanced      Materials,2013,25(17):2452-2456
[14]      Klaus*,* Muellen, Xinliang,Feng, Robert E.,Bachman, Shubin,Yang.Use of      Organic Precursors and Graphenes in the Controlled Synthesis of      Carbon-Containing Nanomaterials for Energy Storage and Conversion,.Accounts of Chemical Research, 2013,46(1):116-128
[15]      Klaus(*),Muellen, Joachim,Maier, Xinliang(*),Feng, Kun,Tang, Linjie,Zhi,      Shubin,Yang.Efficient Synthesis of Heteroatom (N or S)-Doped Graphene      Based on Ultrathin Graphene Oxide-Porous Silica Sheets for Oxygen      Reduction Reactions.Advanced Functional Materials,2012,22(17):3634-364
[16]      Klaus(*),Mullen, Xinliang(*) ,Feng, Yenny,Hernandez, Long,Chen, Yi,Sun,      Shubin,Yang.Porous iron oxide ribbons grown on graphene for      high-performance lithium storage..Scientific Reports,2012,2:427
[17]      Klaus(*),Mullen, Xinliang(*),Feng, Shubin,Yang.Sandwich-like,      graphene-based titania nanosheets with high surface area for fast lithium      storage..Advanced Materials,2011,23(31):3575-3579
[18]      Klaus(*),Mullen, Xinchen,Wang, Xinliang(*),Feng, Shubin,Yang.Graphe      ne-based carbon nitride nanosheets as efficient metal-free      electrocatalysts for oxygen reduction reactions..Angew Chem Int Ed Engl,2011,50(23):5339
[19]      Müllen Klaus(*),Ivanovici Sorin,Feng      Xinliang(*),Yang Shubin.Fabrica tion of graphene-encapsulated oxide      nanoparticles: towards high-performance anode materials for lithium      storage.Angew Chem Int Ed Engl,2010,49(45):8408
[20]      Müllen Klaus(*),Maier Joachim,Cao Qian,Linjie      Zhi(*),Feng Xinliang(*),Yang Shubin.Nanographene-constructed hollow carbon      spheres and their favorable electroactivity with respect to lithium      storage,.Advanced Materials,2010,22(7):838-842

gongjin

金属钠负极具有高比容量和低成本的优势，同时也存在严重的钠枝晶和无限大的体积变化等问题。近日，北京航空航天大学杨树斌团队报道了一种通过II族金属如Be，Mg和Ba实现钠可控沉积的新策略。由于II族金属在钠中具有确定的溶解度，因此能够显著降低钠的成核能垒，引导钠在金属基底上的均匀生长。作者对Mg基MOF-74膜进行碳化处理，使Mg簇在三维多级分层结构中均匀分散，进一步降低了钠的成核能垒。 最终，研究团队构建了一种无枝晶的钠金属负极，具有低至27 mV的过电位和高达1350小时的优异循环稳定性。

金属钠负极

Mengqi Zhu, Shubin Yang et al.Homogeneous guiding deposition of sodium through main group II metals towarddendrite-free sodium anodes. Science Advances, 2019.

DOI: 10.1126/sciadv.aau6264

https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaau6264

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尽管金属锂凭借着高理论比容量而成为了最具希望的二次电池负极材料，但是深度沉积-剥离条件下不可控的枝晶生长严重限制了金属锂的实际应用。在本文中，北京航空航天大学杨树斌等发现平行排列的MXenes片层能够有效诱导金属锂在二维MXenes纳米片层上的成核过程与生长过程。此外，在MXenes片层上原有的含氟端基能够在电极-电解质界面上预LiF一起作为稳定均匀的固态电解质界面，从而实现对锂离子电迁移的诱导调节。因此，这种无枝晶锂金属负极在高达35 mAh/cm2的深度沉积-剥离容量下能够保持长达900小时的循环寿命。

二次电池负极材料

Di Zhang, Shubin Yang et al, Horizontal Growth of Lithium on Parallelly Aligned MXene Layers towards Dendrite‐Free Metallic Lithium Anodes, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201901820

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901820

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10月25日上午，北京航空航天大学杨树斌教授应邀来河南师范大学作了题为“超薄二维新能源材料”的学术报告。报告在物理北楼A215报告厅举行。学院相关专业教师及研究生参加了学术报告会。会议由学院院长高书燕主持。
        杨树斌教授首先介绍了超薄二维材料制备方面的研究进展以及其在能量储存与转化、电子等领域的应用前景。随后，他重点介绍了其研究团队在超薄二维材料制备和应用方面的一些重要进展：首次提出了一种拓扑转化法制备超薄二维材料的新方法，突破了现有制备方法的限制，宏量制备出一系列具有超高单层率（91%）和高稳定结构的范德华二维材料，为超薄二维材料在柔性电子、能源储存与转化领域的实际应用奠定了基础。其研究团队基于超薄二维材料的不同特性，还设计制备出不同系列超薄二维复合材料，实现了相关超薄二维复合材料在电化学储能器件如金属锂电池、锂硫电池中的应用。
       报告会结束后，杨树斌教授对师生提出的问题给予了细致的解答，并同学院青年教师进行了座谈。
       专家简介：
        杨树斌，北京航空航天大学教授，博士生导师。主要从事超薄新能源材料的研究。2008-2014先后在德国马普高分子研究所和美国莱斯大学从事博士后研究工作2016入选国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”，2020入选北京市杰出青年基金。在Nature, Acc. Chem. Res., Adv. Mater., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., EES, Nature Commun.等国际著名期刊发表论文100余篇，他引10000余次，ESI高被引论文22篇，单篇SCI他引超过200次论文12篇。授权国际PCT、美国和中国发明专利10余项。2017-2019年连续三年入选美国科睿唯安“高被引科学家”和爱思唯尔“中国高被引学者”。

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锂金属电池被认为是有望为便携式电子产品和电动汽车提供动力的高能量系统。然而，由于锂离子通量不均匀，锂金属电池总是在金属锂负极中经历不可控的锂沉积，导致其输出功率受限，妨碍了其实际应用。低迂曲度阵列在金属锂负极中引导锂离子的快速传输和金属锂的均匀生长已经有了深入研究，有望助力实现高功率锂金属电池。
        北航杨树斌教授课题组近日在Advanced Energy Materials上发表了题为“Tortuosity Modulation toward High-Energy and High-Power Lithium Metal Batteries”（DOI: 10.1002/aenm.202003663）的综述文章，该综述首先揭示了锂金属电池电化学动力学和迂曲度之间的关系，尤其是金属锂负极，并系统地总结了低迂曲度锂负极的材料设计策略；同时，低迂曲度阵列在引导锂金属电池的正极和固体复合物电解质中的快速离子迁移方面也很有效；最后还讨论了调制低迂曲度结构特性以实现高能量和高功率密度锂金属电池存在的挑战。
        锂金属电池电化学动力学涉及三个步骤：（ⅰ）电解质中的离子传输，（ⅱ）电解质/电极界面处的电荷转移，（ⅲ）离子在电极中的扩散。如图1b所示，在纯金属锂电极中，锂箔具有极低的孔隙率，从而导致体相电极中的离子传输路径被阻塞，因此，Li+/Li的氧化还原仅在有限的锂/电解质界面处发生。多孔杂化金属锂负极具有更多的离子传输路径（图1c），优于纯金属锂负极（图1b），类似于传统锂离子电池的多孔电极（图1a）。然而，在大多数情况下，多孔杂化锂负极由随机排列的结构组成，具有高迂曲度的传输路径，导致杂化锂负极中的有效扩散系数低且离子传输迟缓。为了避免这些问题，一种有效的策略是降低杂化负极的迂曲度（图1d），从而极大地促进了锂在杂化负极中的快速传输。

锂离子电池

图1. a）锂离子电池传统多孔负极，b）纯锂负极，c）三维多孔金属锂负极，和d）垂直排列金属锂负极对应的锂离子传输路径示意图。

        因不可控的锂枝晶生长以及低的库伦效率，金属锂负极的容量快速衰减。大量研究表明，金属锂负极的锂枝晶生长源于锂沉积过程中不均匀的锂离子通量和电场。与此同时，充放电过程中电极的体积波动引发固体电解质界面破裂，进一步加剧新暴露锂的副反应和不均匀的锂沉积，导致低的库仑效率和快速衰减的容量。为了有效解决这些问题，有效的策略是合理设计并制造低迂曲度杂化锂负极，以促进锂离子的可控传输和金属锂的均匀生长。低迂曲度锂负极具有高的有效扩散系数，从而促进锂在阳极整个厚度上的均匀沉积。此外，锂负极的体积波动可以通过将体积变化局部化到低迂曲度结构的锂纳米域中减轻。如图2所示，引导锂离子在低迂曲度锂负极中可控传输的策略有以下三类：（1）通过绝缘材料规整锂离子流；（2）通过导电材料均匀化电场；以及（3）通过亲锂材料引导锂的成核和垂直生长。

锂离子电池

图2. 采用具有垂直排列结构的绝缘，导电和亲锂材料在杂化锂负极中引导锂传输的示意图。不均匀的锂离子通量，电场以及上表面沉积会导致枝晶生长失控，并导致锂负极失效。 引导锂传输的策略包括：a）均一化锂离子通量；b）均一化电场；以及c）引导锂的成核和垂直生长，相应的杂化锂负极展示在图末。