近期，永利趙國偉教授團隊在ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Chemical Engineering Journal, The Chemical Record等國際著名期刊發表系列科研論文成果。

論文(1)：铈異質結抑制鈉離子電池正極材料析氧機制

鈉離子電池與锂離子電池具有相似的工作原理，但鈉元素儲量豐富，有望成為锂離子電池潛在的低成本替代品。然而，鈉離子電池經典正極材料Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂在高電壓下會析出氧氣，導緻電池循環穩定性下降，造成電池容量不可逆容量的損失。為解決Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂在高電壓下析氧問題，趙國偉團隊利用CeO₂納米片自身可快速儲存/傳輸氧陰離子的特性，在Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂材料表面構建了CeO₂異質結，有效抑制了Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂表面的氧陰離子在高電壓下的析氧現象，改善了鈉電正極材料Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂在高電壓下的綜合電池特性。

該成果發表在高水平論文ACS Sustainable Chemistry & Engineering上(Ceria Heterostructure Suppresses Oxygen Release of Na-ion Battery Cathode Materials, ACS Sustain. Chem. Eng. 12, 2729 (2024).10.1021/acssuschemeng.3c07220)。永利集团為成果第一單位，本科生陳熾超(應用化學2021級)參與了研究工作，團隊張怡博士為論文第一作者，趙國偉教授為論文通訊作者。

圖1. 論文(1)中代表性研究結論展示

論文(2)：二維金屬硼化物在能源儲存應用上的研究進展綜述

二維材料因其在能源儲存領域的巨大潛力而受到廣泛關注。其中，二維過渡金屬硼化物(MBenes)因其具有高導電性、柔韌性、豐富的表面化學性質及優異的機械性能，使其在單價/雙價電池等能源儲存領域中展現了巨大的應用潛力。盡管MBenes在能源儲存與轉換器件中的多方面特性已被廣泛研究，但MBenes的應用研究仍處于初步階段，因此許多預期特性和潛在應用尚未得到深入探讨。針對上述問題，趙國偉團隊對二維MBenes材料在合成方法、結構和形貌特征等最新進展方面進行了深入系統的分析總結，對其研究現狀進行了全面回顧，展望了其未來的發展方向，探讨了其在能源儲存及其他方面的應用前景、面臨的挑戰和機遇，旨在為MBenes材料的進一步研究和應用提供寶貴的參考。

該成果發表在高水平論文Chemical Engineering Journal上(2D Metal Borides (MBenes): Synthesis Methods for Energy Storage Applications,Chem. Eng. J. 497, 154429 (2024)，10.1016/j.cej.2024.154429)。永利集团為論文第一單位，團隊Jabbar Khan博士為論文第一作者，張怡博士參與了研究工作，高淩副教授、趙國偉教授為論文共同通訊作者。

圖2. 論文(2)中代表性研究結論展示

論文(3)：用于固态電池的铈量子點改性聚合物複合電解質膜技術

固态電池因其高安全性和高能量密度，被廣泛認為是下一代電池技術的有力候選者。然而，傳統的固态聚合物電解質由于離子導電性低(通常低于10⁻⁶ S/cm)和厚度大(超過100微米甚至500微米)，在界面電阻和離子遷移方面存在顯著缺陷。近期，趙國偉團隊利用先進的3D打印技術成功制造出了厚度僅為20微米的铈量子點(CQD)改性的複合PEO聚合物電解質膜。CQD填料不僅降低了聚合物的結晶度， CQD上的氧空位還促進了鈉鹽NaTFSI中離子對的解離，釋放出更多的自由Na⁺離子，從而顯著提高了離子導電特性。此外，通過3D打印可精确調節膜厚度，進一步改善了Na⁺的遷移和傳輸。最終制造的鈉離子固态電池展現了卓越的倍率性能和循環穩定性。通過CQD改性和3D打印厚度調控技術結合，為高性能固體電解質膜在鈉離子固态電池中的實際應用開辟了新思路。

該工作發表在Polymers上(Ceria Quantum Dot Filler-Modified Polymer Electrolytes for Three-Dimensional-Printed Sodium Solid-State Batteries, Polymers (Basel), 16, 1707 (2024), 10.3390/polym16121707)。永利集团為論文唯一單位，本科生鄭浩然(應用化學2022級)、丁宏庚(化學2022級)、Jabbar Khan博士參與了研究工作，張怡博士為論文第一作者，高淩副教授、趙國偉教授為論文共同通訊作者。

圖3. 論文(3)中代表性研究結論展示

論文(4)：碲化物基高性能儲能器件材料研究進展綜述

随着能源存儲技術的不斷發展，超級電容器因其高功率密度和長循環壽命而備受關注。然而，電極材料的性能仍然是制約超級電容器發展的關鍵因素。為解決這一問題，迫切需要開發具有高能量/功率密度和優良循環穩定性的電極材料。近年來，碲及碲化物基材料因其出色的電子導電性、優良的晶體結構和卓越的體積容量，逐漸成為能量存儲技術領域的研究熱點。在此背景下，趙國偉團隊詳細總結了碲化物材料在超級電容器中的應用潛力，系統回顧了碲化物材料的物理化學性質、充電存儲機制及其在超級電容器中的應用表現，分析了金屬及碳基碲化物材料在超級電容器中的優勢，并讨論了未來提升碲化物基超級電容器性能的挑戰與前景。本工作為碲化物材料在超級電容器中的應用研究提供了全面的見解，為未來的研究方向提供了參考。

該工作發表在高水平論文The Chemical Record上(Telluride-Based Materials: A Promising Route for High Performance Supercapacitors, Chem. Rec., 24, e202300302 (2024), 10.1002/tcr.202300302)。永利集团為論文第一完成單位，Jabbar Khan博士為文章第一作者，張怡博士參與了研究工作，高淩副教授、趙國偉教授為論文共同通訊作者。

圖4. 論文(4)中代表性結論展示

論文(5)：具有高離子電導率特性的新型全固态鈉電池固态電解質材料

全固态電池作為下一代高能量密度儲能設備的關鍵技術之一，在未來的能源存儲領域具有廣闊的應用前景。然而，目前的技術瓶頸在于缺乏高離子導電率、高穩定性的固态電解質材料。電解質材料不僅需要具備優異的離子電導率，還必須在電化學性能和界面穩定性方面表現出色。富氯的銀硫鍺礦型锂離子固态電解質因具有較好的綜合性能而成為了研究的焦點。趙國偉團隊聚焦于這一關鍵材料，開發了富氯銀硫鍺礦型Na_6−xPS_5−xCl_1+x鈉離子固體電解質材料，并詳細研究了其在0 ≤ x ≤ 0.5範圍内的固溶體形成規律，成功将銀硫鍺礦型锂離子固态電解質擴展到鈉離子固态電解質領域。其中，Na_5.5PS_4.5Cl_1.5 (x = 0.5)表現出最高的離子電導率，達到了1.2 × 10⁻³ S/cm，比常規Na₆PS₅Cl的電導率提高百倍以上。循環伏安法和電化學阻抗譜結果表明，材料中的富氯元素顯著提升了離子電導率與電化學穩定性。此外，Na_5.5PS_4.5Cl_1.5還展現了純離子導體的特性。為了驗證其應用前景，團隊還在實驗室規模上構建了基于Na_5.5PS_4.5Cl_1.5的全固态鈉電池，并展示出優異的電池循環特性。

該工作發表在Materials上(Chlorine-Rich Na_6–xPS_5–xCl_1+x: A Promising Sodium Solid Electrolyte for All-Solid-State Sodium Batteries, Materials (Basel). 17, 1980 (2024), 10.3390/ma17091980。永利集团為成果第一單位，本科生鄭浩然(應用化學2022級)、優佳樂(化學2020級)、Jabbar Khan博士參與了研究工作，張怡博士為論文第一作者，高淩副教授、趙國偉教授為論文共同通訊作者。

圖5. 論文(5)中代表性研究結論展示

論文(6)：具有高電化學性能的ZnO-CeO₂納米複合電極材料

超級電容器因其獨特的特性，如高能量密度、長使用壽命、快速的充放電速率以及優異的安全性，正受到越來越多的關注。然而，實現具有高電化學性能的電極材料一直是推動超級電容器技術發展的關鍵挑戰之一。為了應對這一挑戰，趙國偉團隊成功合成了一種基于ZnO-CeO₂的納米複合材料，通過水熱法制備了六方納米棒結構的ZnO和具有高純度及結晶度的CeO₂顆粒。該複合材料的良好電化學性能經過多項測試得到了充分驗證。在三電極體系循環伏安法測試顯示出ZnO-CeO₂納米複合材料理想的電容行為，主要得益于Ce³⁺/Ce⁴⁺與Zn²⁺離子間的快速氧化還原反應，其僞電容特性表現突出。在1 A/g電流密度下，該複合材料展現出1040.9 F/g的高比電容，并在8000次充放電循環後保持了97.0%的優異穩定性。此外，密度泛函理論計算結果表明，由于形成的異質結構，ZnO-CeO₂複合材料展現出卓越的電荷傳輸特性。

該成果發表在Inorganic Chemistry Communications上(Synthesis of heterostructured ZnO-CeO₂ nanocomposite for supercapacitors,Inorg. Chem. Commun. 159, 111794 (2024)，10.1016/j.inoche.2023.111794。永利集团為成果第一單位，Jabbar Khan博士為論文第一作者，高淩副教授參與了研究工作，趙國偉教授為論文通訊作者。

圖6. 論文(6)中代表性研究結論展示

此外，該團隊近期還先後授權4項固态電池材料方面的發明專利，其中3項中國專利、1項國際發明專利。

趙國偉教授團隊于2021年4月成立永利集团全固态電池關鍵材料與技術實驗室，該實驗室以國家重點發展的新型锂離子電池産業為研究領域，聚焦高安全長壽命全固态電池實用化固體電解質及基礎原料的制備，長期緻力于高性能固态電池固體電解質新材料的研發、量化生産技術的開發及相關材料和生産技術的轉化及推廣工作。實驗室團隊主要由6人博士組成、含外籍專家1名，學生科研助手20餘名，占地300餘平米，固體電解質材料開發基礎研究、材料性能表征、實驗室級固态電池組裝分析測試、公斤級材料小式生産線等設備和儀器完善，目前已承擔多項國家自然科學基金青年基金、省自然科學基金傑出青年基金重點研究計劃以及通用汽車（上海）投資有限公司、中國航天科工集團上海811研究所、北京恩力動力、河北昆侖新材、湖北宏源藥業、湖北中源環保等10餘項縱橫向研究課題。近年來共發表高水平科研論文50餘篇，授權發明專利20餘項、參加國内外學術會議口頭彙報30餘次，受邀報告20餘次，多項授權專利在BYD、甯德時代等國内頭部企業實現生産實踐參與和專利成果轉化。