【研究背景】

隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，高能量密度鋰離子動(dòng)力電池的開(kāi)發(fā)和快充技術(shù)的需求顯得極為迫切，然而，目前的研究重心大都集中于追求電極材料的大容量貢獻(xiàn)而往往忽視了其快充性能的優(yōu)劣。要想使電極材料滿足高能量密度的同時(shí)兼顧快速充放電性能，需要同時(shí)滿足下列條件：較大的放電容量、合適的電壓平臺(tái)和優(yōu)異的導(dǎo)電性，三者缺一不可。在現(xiàn)有負(fù)極材料中，盡管石墨具有良好的導(dǎo)電性，但其電壓平臺(tái)(?0.1 V)過(guò)低容易析出鋰枝晶引發(fā)短路和安全問(wèn)題，同時(shí)其容量極限僅為372 mAh/g，無(wú)法滿足高能量密度需求。鈦酸鋰Li4Ti5O12雖然具有較好的倍率性能，但其電壓平臺(tái)(?1.55 V)過(guò)高、容量較低（175 mAh/g），也會(huì)降低全電池的能量密度輸出。對(duì)于硅基負(fù)極材料，盡管Si的容量很大(4200 mAh/g)，電壓平臺(tái)(~0.4 V)也適中， 但其電導(dǎo)率僅為2.5×10−4 S/m，無(wú)法滿足高導(dǎo)電性和快速充放電需求。相比之下，單質(zhì)黑磷(BP)可以同時(shí)兼顧較大的放電容量(2596 mAh/g)、合適的放電平臺(tái)(~0.5 V)和良好的導(dǎo)電性(3×102 S/m)，是大容量快充電極的理想選擇。然而，黑磷的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不穩(wěn)定，遇水和空氣容易被分解氧化，且黑磷的高溫高壓制備條件極為苛刻，極大地限制了黑磷材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

【工作介紹】

近日，華中科技大學(xué)李會(huì)巧課題組采用高能球磨法，將半金屬Ge與非金屬P融合于一體，獲得一類(lèi)高導(dǎo)電性的、具有類(lèi)黑磷層狀結(jié)構(gòu)的新型GexP60-x固溶體合金，可以在常溫常壓下穩(wěn)定存在，且Ge和P可以從1:5(Ge10P50)至1:2(Ge20P40)的寬范圍內(nèi)以任意比例固溶。眾所周知，傳統(tǒng)合金都是基于半徑相近、電負(fù)性相似的金屬元素間固溶形成的，對(duì)于金屬元素和非金屬元素則會(huì)形成典型的離子化合物。然而，本實(shí)驗(yàn)中半金屬元素Ge與非金屬元素P竟然能夠形成寬范圍比例可調(diào)的固溶體合金而非傳統(tǒng)的金屬磷化物，打破了傳統(tǒng)人們對(duì)固溶體合金的認(rèn)知。為此，課題組采用XANES、EXAFS、PDF等多種先進(jìn)技術(shù)表征并結(jié)合理論計(jì)算，對(duì)這類(lèi)新型GexP60-x固溶體合金開(kāi)展了全方位、深層次的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ge原子(r =1.22 Å, ?P =2.01)和P原子(r =1.10 Å, ?P =2.19)具有相近的原子半徑和相似的電負(fù)性，符合Hume-Rothery的固溶準(zhǔn)則，且GexP60-x的計(jì)算形成能均為負(fù)值，凈電荷較小(Ge為+0.28; P為-0.09)，因此可以形成合金并在常溫常壓下穩(wěn)定存在，Ge原子以不同比例去置換P六元環(huán)中的P原子，形成一類(lèi)置換型固溶體。值得一提的是，該類(lèi)GexP60-x固溶體具有典型的類(lèi)黑磷層狀結(jié)構(gòu)，因此具備跟黑磷一樣的面內(nèi)高導(dǎo)電性，呈現(xiàn)出典型的金屬導(dǎo)電特征。得益于其內(nèi)在的固溶體特性，合金中的Ge-P是一類(lèi)較弱的化學(xué)鍵合作用，因此在傳統(tǒng)金屬磷化物鋰化過(guò)程中發(fā)生的轉(zhuǎn)換反應(yīng)(強(qiáng)化學(xué)鍵斷裂)在這類(lèi)GexP60-x合金中不會(huì)發(fā)生，GexP60-x的儲(chǔ)鋰機(jī)制僅是雙合金化反應(yīng)，最終這類(lèi)GexP60-x合金呈現(xiàn)出較大的放電容量(>1800 mAh/g)，且首次庫(kù)倫效率大于90%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)金屬磷化物(ICE<70%)，展現(xiàn)出較高的可逆性。同時(shí)，GexP60-x合金的放電平臺(tái)為0.5 V左右，加上其具有的高導(dǎo)電性和大容量，正好滿足快速充放電的條件，在15分鐘內(nèi)即可貢獻(xiàn)出770 mAh/g的放電容量。本實(shí)驗(yàn)關(guān)于半金屬Ge與非金屬P形成高導(dǎo)電性GexP60-x合金的發(fā)現(xiàn)為高能量密度快充鋰離子電池注入新的活力，同時(shí)為高性能電極材料的開(kāi)發(fā)提供理論參考與實(shí)驗(yàn)借鑒。該文章發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Energy Storage Materials上。韋雅慶博士為本文第一作者。

【內(nèi)容表述】

3.1 新型GexP60-x固溶體的合成及表征

系列GexP60-x固溶體通過(guò)高能球磨法合成，其XRD衍射圖譜如圖1a所示，可以發(fā)現(xiàn)，系列GexP60-x保持始終能夠保持同一套XRD衍射圖譜，對(duì)應(yīng)于菱方晶系R-3m空間群，固溶范圍為1:5(Ge10P50)至1:2(Ge20P40)。當(dāng)繼續(xù)增加Ge的固溶比例至1:1時(shí)，生成的Ge30P30不再保持原始的菱方相結(jié)構(gòu)而轉(zhuǎn)變?yōu)槌爻合聼崃W(xué)更加穩(wěn)定的單斜晶系C12/m1。在固溶范圍內(nèi)，衍射峰隨著固溶Ge比例的增加逐漸往低角度偏移，根據(jù)謝樂(lè)公式推斷其晶胞參數(shù)逐漸增大。Rietveld結(jié)構(gòu)精修(圖1b-c)結(jié)果顯示，隨著固溶Ge比例的增加，其晶胞參數(shù)a由3.468 Å(Ge10P50)逐漸增加至3.511 Å(Ge20P40)，晶胞體積也由121.13 Å3增加至124.19 Å3。精修得出的Ge與P占位比跟其實(shí)際投料比保持一致，Ge和P的原子坐標(biāo)也是一樣的，說(shuō)明這是一類(lèi)置換型固溶體，Ge原子隨機(jī)取代P六元環(huán)中的P位點(diǎn)，按照一定的整數(shù)比，會(huì)逐步得出Ge10P50，Ge12P48，Ge15P45，Ge20P40等系列固溶體。

圖1. GexP60-x固溶體的表征: (a) 不同比例下合成的系列GexP60-x的XRD圖譜；(b) 對(duì)系列GexP60-x的Rietveld結(jié)構(gòu)精修; (c) 系列GexP60-x的結(jié)構(gòu)精修結(jié)果

3.2 理論計(jì)算探究GexP60-x的固溶度和固溶機(jī)理

根據(jù)結(jié)構(gòu)精修的結(jié)果，進(jìn)一步采用第一性原理計(jì)算，模擬推導(dǎo)出系列GexP60-x的晶體結(jié)構(gòu)模型，如圖2a所示，系列GexP60-x固溶體均呈現(xiàn)出典型的類(lèi)黑磷層狀結(jié)構(gòu)，Ge原子隨機(jī)取代P六元環(huán)中的P位點(diǎn)，從而形成系列不同比例的固溶體。根據(jù)上述晶體結(jié)構(gòu)模型，模擬推導(dǎo)出GexP60-x的理論XRD(圖2b)，跟實(shí)際合成粉末的XRD圖譜完全對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證了其晶體結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。此外，對(duì)上述晶體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化(圖2c)，其晶胞參數(shù)a也是隨著Ge固溶比例的增加由3.436Å (Ge10P50)逐步增加至3.471Å (Ge20P40)，跟精修結(jié)果也保持一致。同時(shí)，為了探究系列GexP60-x晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步計(jì)算其物質(zhì)形成能，如圖2d所示，系列固溶體的形成能均在負(fù)值以下，說(shuō)明它們是熱力學(xué)穩(wěn)定相，可以在常溫常壓下穩(wěn)定存在。其中Ge15P45形成能最負(fù)，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定；而Ge30P30形成能變大且處于Ge和Ge20P40連線的凸起上方，表明其難以保持菱方晶系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最終轉(zhuǎn)變成單斜相結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)Hume-Rothery Rules來(lái)探究GexP60-x固溶體的形成機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ge原子(r =1.22 Å, ?P =2.01)和P原子(r =1.10 Å, ?P =2.19)具有相近的原子半徑(?r =10%<30%)和相似的電負(fù)性(??P =0.18<0.4)，因此，在一定的條件下，二者可以形成寬范圍比例可調(diào)的新型固溶體。


圖2. 系列GexP60-x固溶體理論計(jì)算：(a)不同比例下的晶體結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 理論模擬推導(dǎo)的XRD圖譜與實(shí)際粉末的XRD圖譜對(duì)比；(c) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的晶胞參數(shù)與實(shí)際粉末精修后的變化規(guī)律對(duì)比；(d) 系列GexP60-x的計(jì)算形成能及Ge、P的原子半徑及電負(fù)性對(duì)比。

3.3 GexP60-x固溶體的原子分布及Ge-P相互作用

為進(jìn)一步深入探究系列GexP60-x固溶體內(nèi)部的原子分布及Ge-P間的相互作用，本實(shí)驗(yàn)采用對(duì)分布函數(shù)(PDF)測(cè)試對(duì)其進(jìn)行表征分析。如圖3所示，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Ge-P間原子距離(?2.329 Å)明顯比P-P距離(?2.227 Å)要大，這是由于Ge原子的半徑比P原子大所致，并且隨著Ge比例的增加，Ge-P距離逐步由?2.329 Å (Ge10P50)增大到?2.395 Å (Ge20P40)，這是固溶體Ge含量增加所致，也是晶胞參數(shù)逐漸增大的內(nèi)在原因，跟結(jié)構(gòu)精修與理論計(jì)算結(jié)果保持一致。這類(lèi)較大的Ge-P鍵長(zhǎng)及其較弱的鍵合作用是區(qū)別于傳統(tǒng)金屬磷化物的特征所在。傳統(tǒng)金屬磷化物在鋰化過(guò)程中會(huì)遭受?chē)?yán)重的化學(xué)鍵斷裂(轉(zhuǎn)換反應(yīng))和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，導(dǎo)致其較差的可逆性和較低的首次庫(kù)倫效率(<70%)，而對(duì)于系列GexP60-x固溶體而言，其較大的Ge-P鍵長(zhǎng)及其較弱的相互作用使其在鋰化過(guò)程不涉及強(qiáng)化學(xué)鍵斷裂，提高結(jié)構(gòu)的可逆性。


圖3. GexP60-x固溶體的原子分布及Ge-P相互作用探究：(a) PDF測(cè)試; (b-e) 原子分布示意圖

3.4 GexP60-x固溶體的電子結(jié)構(gòu)及元素價(jià)態(tài)表征

為進(jìn)一步探究GexP60-x固溶體的電子結(jié)構(gòu)，本實(shí)驗(yàn)采用同步輻射軟X射線吸收(XAS)對(duì)其進(jìn)行表征，吸收光譜如圖4a所示，可以同時(shí)觀察到P-P鍵和Ge-P鍵的存在，且隨著固溶Ge比例的增多，其Ge-P鍵的峰面積不斷增加。在圖4b的X射線光電子能譜(XPS)中，P 2p1/2和P 2p3/2隨著Ge比例的增多逐漸往低能量位置偏移，這是由于其內(nèi)在逐漸增大的Ge-P原子距離所致，與PDF測(cè)試保持一致。類(lèi)似的，圖4c中系列GexP60-x固溶體均保持同一套R(shí)aman圖譜，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)的相似性，但其拉曼峰位也隨著Ge比例的變化作規(guī)律性偏移，與XPS測(cè)試相吻合。此外，本實(shí)驗(yàn)還采用同步輻射硬X射線吸收(XANES)對(duì)系列固溶體的元素價(jià)態(tài)進(jìn)行表征，如圖4d說(shuō)所示，無(wú)論比例如何改變，Ge的K-edge吸收邊始終與單質(zhì)Ge十分接近，說(shuō)明了GexP60-x中Ge的近零價(jià)態(tài)及其本征的固溶體合金屬性。實(shí)際上，第一性原理計(jì)算GexP60-x中Ge和P的凈電荷分別僅為+0.28和-0.09，也跟XANES測(cè)試保持一致。對(duì)其拓展邊精細(xì)結(jié)構(gòu)圖譜EXAFS(圖4e)進(jìn)一步分析，系列GexP60-x固溶體在?1.98 Å出呈現(xiàn)出Ge-P鍵的峰位，正好處在Ge-O與Ge-Ge之間，且隨著固溶Ge比例的增多，其峰強(qiáng)逐步增強(qiáng)，說(shuō)明GexP60-x中Ge-P鍵逐漸增多。


圖4. 系列GexP60-x固溶體的電子結(jié)構(gòu)及元素價(jià)態(tài)表征: (a) 軟X射線XAS測(cè)試; (b) P 2p區(qū)域的XPS測(cè)試; (c) Raman測(cè)試; (d) 硬X射線吸收XANES測(cè)試; (e) 拓展邊精細(xì)結(jié)構(gòu)EXAFS圖譜分析

3.5 GexP60-x合金的導(dǎo)電性及熱穩(wěn)定性研究

為進(jìn)一步研究系列GexP60-x固溶體的導(dǎo)電性，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)第一性原理計(jì)算其態(tài)密度(DOS)，如圖5a所示，系列GexP60-x在費(fèi)米能級(jí)處的態(tài)密度不為零，均呈現(xiàn)出典型的金屬導(dǎo)電性特征，且隨著Ge固溶含量的增加，其態(tài)密度變大，導(dǎo)電性逐步增強(qiáng)，上述GexP60-x的高導(dǎo)電性及其變化規(guī)律通過(guò)粉末導(dǎo)電性測(cè)試儀的實(shí)際測(cè)試進(jìn)一步證實(shí)。對(duì)其進(jìn)行熱重測(cè)試分析(TG)，如圖4b所示，系列GexP60-x的熱分解溫度均在?480 ℃以上，表明其具有良好的熱穩(wěn)定性，其中Ge15P45的熱分解溫度最高(530 ℃)，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，與其最低的形成能相對(duì)應(yīng)。相比于易燃的低導(dǎo)電性紅磷，導(dǎo)電性良好但易水解氧化的黑磷和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的藍(lán)磷而言，系列GexP60-x固溶體同時(shí)具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的導(dǎo)電性，且可以通過(guò)常溫常壓下機(jī)械球磨批量合成制備，極大地彌補(bǔ)了黑磷的短板與不足。


圖5. 系列GexP60-x固溶體的導(dǎo)電性及熱穩(wěn)定性研究: (a) 態(tài)密度DOS圖譜; (b) 熱重曲線TG測(cè)試; (c) GexP60-x與紅磷、黑磷及藍(lán)磷的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性及合成條件的比較

3.6 GexP60-x合金的電化學(xué)性能測(cè)試

當(dāng)應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極時(shí)，如圖6a所示，系列GexP60-x固溶體合金均展現(xiàn)出較大的電容量和較高的可逆性，容量均>1800 mAh/g，其首次庫(kù)倫效率均達(dá)到90%以上，實(shí)際放電容量均接近理論值(圖6b)，具有較高的反應(yīng)性和儲(chǔ)鋰活性。在系列GexP60-x合金中，隨著Ge比例的增加，其容量逐漸減少，這是由于Ge的理論容量(1600 mAh/g)低于P的理論容量(2596 mAh/g)所致。此外，GexP60-x也展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在8000 mA/g的電流密度下，Ge20P40仍能發(fā)揮出474 mAh/g的可逆容量，在1000 mA/g的電流密度下循環(huán)150圈后容量也沒(méi)有明顯的衰減。


圖6. 系列GexP60-x固溶體合金的電化學(xué)性能測(cè)試: (a) 充放電曲線; (b) 理論容量與實(shí)際放電容量對(duì)比; (c) Ge20P40的倍率性能與循環(huán)穩(wěn)定性

3.7 GexP60-x合金的快速充放電性能測(cè)試

系列GexP60-x固溶體合金具有較大的放電容量(>1800 mAh/g)，合適的放電平臺(tái)(?0.5 V)和優(yōu)異的導(dǎo)電性，為其實(shí)現(xiàn)快速充放電提供了可能。如圖7a-b所示，當(dāng)按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行3 mAh/cm2的活性物質(zhì)負(fù)載進(jìn)行涂覆時(shí)，石墨電極片因其較低的容量使其厚度達(dá)到?115 μm，而同等條件下Ge20P40電極片厚度僅需?15 μm左右，這與其較大的放電容量和較高的粉體密度有關(guān)。對(duì)其進(jìn)行大電流充放電測(cè)試，在4000 μA/cm2電流密度下，石墨電極片的可逆容量?jī)H有39 mAh/g，而相比之下Ge20P40電極仍能貢獻(xiàn)出770 mAh/g的放電容量。以4000 μA/cm2持續(xù)充放電8分鐘進(jìn)行長(zhǎng)循環(huán)，發(fā)現(xiàn)石墨電極的電壓降至0 V以下，可能出現(xiàn)了鋰枝晶的直接析出引發(fā)安全問(wèn)題，而相比之下Ge20P40電極在循環(huán)65小時(shí)之后放電平臺(tái)及截止電壓仍能保持在0 V之上，避免了鋰枝晶的析出，保證了電池的安全運(yùn)行。上述測(cè)試說(shuō)明系列GexP60-x合金具有良好的快充快放性能，可應(yīng)用于鋰離子電池快充負(fù)極材料。


圖7. 系列GexP60-x固溶體合金的快速充放電測(cè)試:負(fù)載量為3 mAh/cm2的石墨電極片(a)與Ge20P40電極片(b)厚度對(duì)比; 不同電流密度下的石墨電極片(c)與Ge20P40電極片(d)的充放電曲線對(duì)比; 4000 μA/cm2電流密度循環(huán)下石墨電極片(e)與Ge20P40電極片(f)的電壓-時(shí)間曲線

【結(jié)論】

綜上，本論文通過(guò)將半金屬Ge與非金屬P融合于一體，發(fā)現(xiàn)二者可以形成一系列高導(dǎo)電性的、具有類(lèi)黑磷層狀結(jié)構(gòu)的新型GexP60-x固溶體合金，而非傳統(tǒng)的金屬磷化物。為此，實(shí)驗(yàn)通過(guò)Rietveld結(jié)構(gòu)精修、XANES、EXAFS、PDF等多種先進(jìn)技術(shù)表征并結(jié)合理論計(jì)算，對(duì)此類(lèi)GexP60-x固溶體合金開(kāi)展了全方位、深層次的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ge原子(r =1.22 Å, ?P =2.01)和P原子(r =1.10 Å, ?P =2.19)具有相近的原子半徑和相似的電負(fù)性，符合Hume-Rothery的固溶準(zhǔn)則，且GexP60-x的計(jì)算形成能均為負(fù)值，凈電荷較小(Ge為+0.28; P為-0.09)，因此可以形成合金并在常溫常壓下穩(wěn)定存在，Ge原子以不同比例去置換P六元環(huán)中的P原子，在1:5(Ge10P50)至1:2(Ge20P40)的寬范圍內(nèi)以任意比例固溶，形成置換型固溶體。值得一提的是，該類(lèi)GexP60-x固溶體具有典型的類(lèi)黑磷層狀結(jié)構(gòu)，因此具備跟黑磷一樣的面內(nèi)高導(dǎo)電性，呈現(xiàn)出典型的金屬導(dǎo)電特征。得益于其內(nèi)在的固溶體特性，合金中的Ge-P是一類(lèi)較弱的化學(xué)鍵合作用，因此在傳統(tǒng)金屬磷化物鋰化過(guò)程中發(fā)生的轉(zhuǎn)換反應(yīng)(強(qiáng)化學(xué)鍵斷裂)在這類(lèi)GexP60-x合金中不會(huì)發(fā)生，GexP60-x的儲(chǔ)鋰機(jī)制僅是雙合金化反應(yīng)，最終呈現(xiàn)出較大的放電容量(>1800 mAh/g)，較高的可逆性(首次庫(kù)倫效率大于90%)與合適的放電平臺(tái) (?0.5 V), 在15分鐘內(nèi)即可貢獻(xiàn)出770 mAh/g的放電容量，快充快放性能遠(yuǎn)優(yōu)于石墨負(fù)極材料。論文對(duì)GexP60-x合金的固溶機(jī)制和性能測(cè)試進(jìn)行了系統(tǒng)表征與深入分析，對(duì)鋰離子電池未來(lái)高性能電極材料的開(kāi)發(fā)與快充技術(shù)具有重要的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

Yaqing Wei, Yanwei Wen, Mingyang Ou, Linbo Ke, Cheng Zeng, Yanpeng Guo, Jiajun Chen, Jun He, Jia Xu, Jiantao Han, Tianyou Zhai, Huiqiao Li*, Fusing semiconductor and nonmetal into a high conductive wide-range solid solution alloy for Li-ion batteries, Energy Storage Materials 2021, 42, 502-512, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.001

作者簡(jiǎn)介：
韋雅慶，博士/副教授，海南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高聘副教授，中國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)員，致力于新能源材料與器件-鋰/鈉離子電池、超級(jí)電容器及其相關(guān)電極材料和電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究，先后參與國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃、華為創(chuàng)新研究計(jì)劃等多項(xiàng)科學(xué)研究項(xiàng)目，目前在主持海南大學(xué)高層次人才引進(jìn)項(xiàng)目和海南省青年基金項(xiàng)目。截至目前，已先后在Adv. Energy Mater., Energy Storage Mater., Small, ACS Appl. Mater. Interfaces, Electrochim. Acta, Mater. Chem. Front.等期刊上發(fā)表論文20余篇。

李會(huì)巧，博士/教授/博導(dǎo)，國(guó)家"萬(wàn)人計(jì)劃"青年拔尖人才，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，湖北省百人計(jì)劃特聘教授，湖北省楚天學(xué)者特聘教授，湖北省杰出青年基金獲得者，主要從事鋰/鈉離子電池、超級(jí)電容器及其相關(guān)電極材料和儲(chǔ)能器件的研究。申請(qǐng)日本專(zhuān)利2項(xiàng)，中國(guó)專(zhuān)利16項(xiàng)，在Chem. Soc. Rev., Prog. Mater. Sci., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.，Adv. Energy Mater., J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. In. Ed.等國(guó)際期刊上發(fā)表論文180余篇，其中第一/通訊作者92篇，目前所有論文被SCI引用12000余次， H因子為52。受邀擔(dān)任InfoMat，SmartMat，Raremetals等雜志青年編委以及國(guó)際40余種期刊的審稿人及仲裁人。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、面上基金、科技部青年973計(jì)劃、國(guó)際合作重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、湖北省自然基金等10余項(xiàng)課題。目前的研究興趣為鋰鈉離子電池材料、固態(tài)電池以及新型微納儲(chǔ)能器件的設(shè)計(jì)及原位研究。