郭玉国，中科院化学所二级研究员，国科大岗位教授，博士生导师，中科院分子纳米结构与纳米技术重点实验室副主任，国家杰出青年基金获得者，“高能量密度纳米固态金属锂电池研究”首席科学家。担任中国化学会青年化学工作者委员会副主任、中国化学会电化学委员会委员和“化学电源”分会主席、中国材料研究学会青年工作委员会理事、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事和副秘书长等多个学术职务。
一直从事能源电化学与纳米材料的交叉研究，在Nature Mater.、Nature Energy、 Nature Commun.、Science Adv.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Chem、Joule、Energy Environ. Sci.等国际知名期刊上发表SCI论文300多篇，其中有140多篇发表在IF>10的期刊上，他引43000多次，h-index指数=107。2014-2019连续六年被Clarivate Analytics（原汤森路透）评选为全球“高被引科学家”。
目前担任ACS Applied Materials & Interfaces副主编，Energy Storage Materials、Nano Research、 Chem Electro Chem、Solid State Ionics、 Chem Nano Mat、 Scientific Reports等多个期刊编委。曾获奖项不完全统计：国际能量存储与创新联盟Young Career Award奖（2018）、中国科学院青年科学家奖（2018）、中国科学院杰出青年奖（2017）、国际电化学能源科学院(IAOEES)卓越研究奖（2016）、国际电化学委员会ISE Tajima奖（2014）、中国青年科技奖（2013）、亚洲化学学会联合会杰出青年化学家奖（2013）、中国电化学会青年奖（2011）、美国麻省理工学院《Technology Review》“全球杰出青年创新家TR35”（2011）等。
顶刊汇总
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01
Adv. Mater.：钠离子电池的高效正极钠补偿
钠离子电池由于其价格低廉、钠源丰富等优势，在大规模固定式储能中有着广泛的应用前景。然而，在硬碳负极的固态电解质界面（SEI）形成过程中，正极的钠离子不可逆消耗严重影响了钠离子全电池（SIFCs）的电化学性能。
在此，研究者提出了一种具有400mAh g-1的高理论比容量和高达99％容量利用率的高效正极钠补偿剂草酸钠（Na2C2O4）。通过调节具有不同物理化学性质的导电添加剂，将Na2C2O4的氧化电位从4.41降至3.97V，成功地实现了Na2C2O4作为牺牲钠物种，并分析了相应的氧化电位调控机理。电化学结果表明，在以硬碳负极和P2-Na2/3Ni1/3Mn1/3Ti1/3O2正极为基础，以Na2C2O4为钠贮存器以补偿SEI形成过程中钠损失的全电池，在200次循环后容量保持率从63%提高到85%，能量密度由129.2提高到172.6 Wh kg1。这项工作为促进SIFCs的发展提供了一条新的途径。
High-Efficiency Cathode Sodium Compensation for Sodium-Ion Batteries. Adv. Mater. 2020. DOI:10.1002/adma.202001419.
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02
Adv. Energy Mater.：固化正极-电解质界面助力锂硫电池
锂硫电池具有理论比能量高、成本低和环境友好等优势，已被公认是未来储能市场最具潜力的二次电池之一。然而，锂硫电池的应用受到电极-电解质界面（尤其是正极-电解质界面）不稳定电化学作用的阻碍。在正极与电解液形成固液界面的情况下，硫的放电中间产物与液体电解液溶剂分子之间的强相互作用造成活性硫物种通过穿梭过程从正极到负极持续损失，从而导致电池循环性能的恶化。通过固化正极-液体界面，有望缓解多硫化物-溶剂相互作用，改善锂硫电池电化学性能。
本文总结了在液态、准固态和全固态Li-S体系中建立固化正极-电解质界面的策略，讨论了界面电荷转移和化学演化的基本原理。通过这些讨论，阐明了锂硫电池合理的界面设计，以达到最佳的存储性能和使用寿命。
Solidifying Cathode–Electrolyte Interface for Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Energy Mater. 2020. DOI: 10.1002/aenm.202000791
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03
Adv. Mater.：高比能长寿命锂硫电池电解液的合理配置
锂-硫系电池是高能量储存技术的理想选择。然而，传统的采用液态电解质的电池存在着不可逆的活性物质损失和可溶中间体的穿梭现象。采用锂离子导电聚合物电解质来缓解穿梭问题的新型电池由于硫/硒的不完全放电而受到阻碍。
在此，研究者提出了一种原位界面聚合策略，在LiPF6涂层隔膜和正极之间形成液体/聚合物混合电解质。在隔膜上原位形成的聚合物凝胶电解质显示出较高的Li+转移数，可作为防止穿梭效应的化学屏障。通过解决穿梭效应和S/Se不完全放电之间的困境，新的电解质结构被证明可以促进高容量正极的稳定循环。最终实现了高比能、长循环寿命的Li-S和Li-Se电池，具有潜在实用价值。
A Rational Reconfiguration of Electrolyte for High-Energy and Long-Life Lithium–Chalcogen Batteries. Adv. Mater. 2020. DOI: 10.1002/adma.202000302
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04
Adv. Funct. Mater.：通过结构调控技术改善钠离子电池层状氧化物正极
考虑到日益严重的气候退化，需要通过大规模的电化学储能和转换（EESC）技术将可持续和可再生能源有效地整合到电网中。室温钠离子电池（SIBs）在成本效益和资源可持续供应方面具有优势，因此在EESC中显示出广阔的前景。钠基层状过渡金属氧化物正极由于其合成工艺简单、比容量大、离子导电率高，是目前最具吸引力的正极材料之一，但是它存在动力学反应缓慢，多相演化，空气稳定性差，综合性能较差等问题限制了其商业化应用。
本文综述了近年来层状氧化物正极材料通过不同优化结构调控技术用于SIBs的研究进展，重点介绍了提高Na+动力学、减少不可逆相变以及提高存储稳定性的策略。同时，对电极材料的结构-功能-性能关系进行了全面而深入的系统研究，指出了电极材料在实际应用中面临的挑战和机遇。
Layered Oxide Cathodes Promoted by Structure Modulation Technology for Sodium-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2020. DOI: 10.1002/adfm.202001334
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05
Angew. Chem. Int. Ed.：调控层状P2@P3集成尖晶石结构演变助力高性能钠离子电池
循环过程中的结构演变对钠离子电池正极的电化学性能起着至关重要的作用。在此，研究者通过晶体结构设计并结合化学元素替代的策略，提出了一种具有层状P2@P3集成尖晶石结构的Na0.5Ni0.1Co0.15Mn0.65Mg0.1O2氧化物正极。由于其三相复合结构和阳离子替代策略的协同作用，这种新型电极显示出优良的钠离子半电池/全电池性能。基于原子分辨率扫描透射电子显微镜、非原位同步辐射X射线吸收光谱和原位同步辐射X射线衍射图谱的综合分析，证实了该材料固有的层状P2@P3集成尖晶石结构，阐明了其电荷补偿机制、结构演化和相变过程。本研究深入探究了这种特殊结构中的结构性能关系，为高性能电池正极的设计开辟了一个新的领域。
Manipulating Layered P2@P3 Integrated Spinel Structure Evolution for High-Performance Sodium-Ion Battery. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. DOI:10.1002/anie.201915650
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06
Angew. Chem. Int. Ed.：通过人工非晶正极电解质中间相实现持久电化学界面用于混合固态/液态锂金属电池
固态/液态混合电解质具有优越的安全性，有助于实现高能量密度的存储设备，但与正极的化学相容性较差。在此，研究者通过引入了优化的二氟硼酸锂盐，在富镍正极和混合电解质之间原位构建非晶态正极电解质中间相（CEI）。形成的CEI保持了高相容性的表面结构，从而增强了界面稳定性。同时，通过化学势的协调作用，空间电荷层在固/固界面上得到了显著的缓解，得到了COMSOL模拟所揭示的界面动力学。因此，非晶态CEI集成了双功能性，为高压锂金属电池提供了良好的循环稳定性、高库仑效率和优异的倍率性能，革新了未来高能量密度电池功能CEI策略的设计理念。
Enabling Durable Electrochemical Interface via Artificial Amorphous Cathode Electrolyte Interphase for Hybrid Solid/Liquid Lithium-Metal Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. DOI:10.1002/ange.201916301
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07
Angew. Chem. Int. Ed.：用中温转化化学构建空气稳定和锂沉积可调节的石榴石型
石榴石型电解质在空气中的化学性质不稳定，会在电解质表面产生污染物，导致与锂金属的界面接触不良。石榴石在大于700℃下热处理可以去除表面污染物，但会再生空气中的污染物，并且由于暴露出更多的电子导电缺陷部位，加剧了锂枝晶的问题。
与去除方法不同的是，研究者在这里报告了一种新的表面化学方法，它能在小于180℃的中等温度下将污染物转化为氟化界面。改性后的界面对Li +表面扩散显示出高电子隧穿势垒和低能垒，因此可以在1.4mA cm2的高临界电流密度下实现无枝晶的Li电镀/剥离。这种新化学方法为实现高比能固态锂金属电池提供了一种切实可行的解决方案。
Building an Air Stableand Lithium Deposition Regulable Garnet Interface from Moderate-Temperature Conversion Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. DOI: 10.1002/anie.202003177
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08
Mater. Today：迈向更好的锂金属负极：挑战与策略
负极材料是电池的关键部件，对电池的比能量和功率有着重要的影响。锂金属具有较高的理论比容量（3860 mAh g-1）和较低的氧化还原电位（与标准氢电极相比为3.04V），被认为是最终负极。具体地说，具有安全性的可充锂金属电池（LMBs）有望超过当前锂离子电池的能量密度。遗憾的是，锂枝晶的生长、电解液的消耗、体积变化的严重性以及由此带来的潜在安全隐患限制了其实际应用。据报道，近年来，基于电解质化学控制、界面工程和锂主体结构修饰的策略已经取得了进展。目前，趋势是转向全固态LMBs，然而，在离子导电率低、界面接触不良、动力学迟滞等方面仍存在严重的挑战。
这篇综述着重指出了问题，并为稳定液态，聚合物，陶瓷和复合电解质中的锂金属负极提供了更多见解。此外，提出了克服上述挑战的新方法和新材料。本文旨在提出相关问题，并概述下一代高能储存系统的未来策略。
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09
Adv. Sci.：用于高性能水系锌离子电池的可调层状(Na，Mn)V8O20·nH2O正极材料
可充电水系锌离子电池（ZIBs）在储能方面有着广阔的应用前景。然而，有限的正极候选物困扰着ZIBs的发展，其通常显示出低容量或不良的循环性能。
本文报道了一种可逆的Zn/(Na，Mn)V8O20·nH2O体系，通过在NaV8O20中引入锰离子得到(Na，Mn)V8O20，在电流密度为0.1 A g1时，其比容量为377 mAh g1。通过实验和理论分析，发现(Na，Mn)V8O20·nH2O的优异性能归因于Mn2+/Mn3+诱导的高电导率和Na+诱导的Zn2+快速迁移。此外，还探讨了以铁、钴、镍、钙、钾取代锰，从(Na，Mn)V8O20·nH2O中衍生出的其它正极材料，以证实过渡金属离子的独特优势。随着NaV8O20中Mn含量的增加，（Na0.33，Mn0.65）V8O20·nH2O在1000次循环后可提供150 mAh g1的可逆比容量和99%的容量保持率。这项工作为开发高性能水系ZIBs开辟了新的机遇。
Tunable Layered (Na,Mn)V8O20·nH2O Cathode Material for High-Performance Aqueous Zinc Ion Batteries. Adv. Sci. 2020. DOI: 10.1002/advs.202000083
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Nano Energy：稳定锂金属负极的超亲锂纳米晶化策略
调节集流体的表面形貌或物理性质，进而调节液态锂对基底的润湿性，对于稳定锂金属负极具有重要意义。
在此，研究者提出了一种可规模化且易于制造锂金属复合负极的方法。在这种方法中，通过将金属纳米粒子（MNPs）锚定在三维集流体上，获得了良好的液态锂，在基体上实现了稳定的锂成核和电镀。与金属箔或块状泡沫相比， MNPs降低了表面能并产生了拉普拉斯压力，这可以作为液态锂润湿性的驱动力，因此可以使锂均匀地沉积并降低成核的过电势。因此，制造的对称Li|Li电池可在0.5 mA cm-2下循环2000小时以上，电压极化小于20 mV。当与LiFePO4正极组成全电池时，复合锂负极表现出优异的稳定性，在0.5C下可实现200圈的稳定循环。
审核、编辑：大可
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