汪国秀，澳大利亚悉尼科技大学（UTS）教授，澳大利亚研究理事会未来学者。在澳大利亚伍伦贡大学获得博士学位后留校任教，后受聘于悉尼科技大学组建清洁能源技术中心并担任主任、特聘杰出教授。汪教授成功入选英国皇家化学会会士（2017）、国际电化学学会会士（2018），2018-2020连续三年入选科睿唯安材料领域“全球高被引科学家”（2018年为材料、化学两个领域），2020年当选为欧洲科学院院士。此外，他还担任国产顶级期刊Electrochemical Energy Reviews副主编以及Energy Storage Materials、Scientific Reports编委等。汪教授致力于材料化学、电化学、储能与转换、电池技术等方面的研究，具体涵盖锂离子电池、锂空气电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器、储氢材料、燃料电池、石墨烯和MXenes等，并取得了诸多优异成果。在Nat. Nanotech., Nat. Catal., Energy Environ. Sci., Electrochem. Energy Rev., Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., JACS, Angew, Chem等国际著名期刊上发表论文600余篇，被引量达5.1万余次，H指数125（Google Scholar数据）。课题组主页为：https://profiles.uts.edu.au/guoxiu.wang就在近期，自9月27日至10月4日这短短一周左右的时间内，汪国秀教授更是在JACS、Angew、Nat. Commun.、ACS Nano、Nano Lett.等国际顶级期刊连续发表5篇高水平文章，涵盖膜科学、超级电容器、电池、电催化等领域，下面小编为大家逐一解读汪国秀教授的最新成果。
01
JACS: 用于高效收集渗透能的浆膜仿生纳米结构膜
储存在海水和淡水之间的渗透能是一种清洁的可再生能源。然而，开发用于收集渗透能的高效、耐用的选择性渗透膜仍然是一个长期存在的瓶颈。为此，悉尼科技大学汪国秀教授、周栋联合中科院理化技术研究所江雷院士（共同通讯）等人报道了一种具有生物浆膜仿生结构的纳米复合膜，通过二维 (2D) 磺化共价有机骨架 (COF) 纳米片和阴离子接枝芳纶纳米纤维 (ANF) 的耦合实现高效渗透能收集。2D COF纳米片不仅提供丰富的1D/2D 纳米流体通道以协同促进超快离子迁移，而且还通过共价连接的阴离子实现高阳离子渗透的选择性，接枝的ANF增加了膜的机械强度并进一步改善了离子扩散/整流。当应用于渗透发电机时，该仿生膜提供了9.6 W m-2的功率密度，远远超过5.0 W m-2的商业标准。这项研究提高了渗透能转换的可行性，为探索可再生“蓝色能源”开辟了一条新途径。Serosa-Mimetic Nanoarchitecture Membranes for Highly Efficient Osmotic Energy Generation, J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c07392https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c07392
02
Angew: 调节溶剂化结构实现钾离子电容器用Mxene的高性能3D K+预插层
开发用于具有长期循环能力的钾基储能装置的高性能负极材料需要从合理的材料设计到电解液优化的综合创新。在此，悉尼科技大学汪国秀教授、孙兵联合湖南大学解修强副教授（共同通讯）等人报道构建了具有扩大层间距的3D K+ 预插层的Ti3C2Tx MXene以实现高效的电化学钾离子存储。作者发现浓缩醚基电解液的溶剂化结构优化导致在K+ 预插层Ti3C2Tx电极上形成薄且富含无机物的SEI，这有利于实现高的界面稳定性和快速的反应动力学。作为概念证明，组装的3D K+-Ti3C2Tx //活性炭（AC）钾离子混合电容器（PIHC）实现了163 Wh kg-1的高能量密度，且在10000次循环后容量保持率为101%。这项研究突出了合理的结构设计和电解液优化对于高反应性MXene基负极材料的重要作用。Achieving High-Performance 3D K+-Pre-intercalated Ti3C2Tx MXene for Potassium-Ion Hybrid Capacitors via Regulating Electrolyte Solvation Structure, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202112090https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202112090
03
Nat. Commun.: 高压准固态锂金属电池的协同开发
当前的锂基电池技术在能量含量方面受到限制。为了进一步提高锂基电池的能量密度，迫切需要电极和电解液材料的升级。在此，悉尼科技大学汪国秀教授、周栋、清华大学深圳研究生院李宝华教授联合著名锂电专家Michel Armand教授（共同通讯）等人报道了一种凝胶聚合物电解质（HGPE），可促进PF6– 阴离子高度可逆地嵌入/脱出石墨间层。该HGPE具有高安全性（即不可燃性和无泄漏）、高离子电导率（25 °C时为1.99 mS cm-1）、宽电化学窗口（高达5.5 V vs.Li/Li+）以及与锂金属负极（锂沉积/剥离库仑效率为99.7%）和石墨正极（1000次循环后容量保持率为93%）的良好兼容性。作为概念验证，以HGPE为电解质、KS6石墨为导电剂开发了一种具有混合富锂氧化物（LRO）正极的准固态锂金属电池，可实现阴阳离子相继嵌入/脱嵌的“穿梭接力式”化学，在从LRO中剥离锂离子（摇椅机制）后，PF6– 阴离子可逆地嵌入石墨中（双离子机制）。这种协同设计在整体能量密度和循环稳定性方面表现出显著优点，可以扩展到其他常规正极材料。A synergistic exploitation to produce high-voltage quasi-solid-state lithium metal batteries, Nat. Commun. 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26073-6https://doi.org/10.1038/s41467-021-26073-6
04
ACS Nano: 用于长寿命室温钠硫电池的多孔杂原子掺杂MXene微球
Na-S电池的实际应用在很大程度上受到其低质量负载、较差的倍率性能和循环性能的阻碍。为此，汪国秀教授、南京信息工程大学李敬发教授及中南大学刘芳洋教授（共同通讯）等人报道了一种使用Ti3C2Tx MXene微球封装多硫化钠的设计策略，其中的多孔氮掺杂Ti3C2Tx MXene微球通过改进的喷雾干燥和退火方法合成。MXene微球含有丰富的孔结构和杂原子官能团，用于多硫化钠的结构和化学协同封装。基于所提出正极的钠硫电池表现出出色的电化学性能，包括高可逆容量（0.5C倍率下为980 mAh g-1）和延长的循环稳定性（5.5 mg cm-2的高面积硫负载下2C倍率循环1000次后容量为450.1 mAh g-1）。这种基于MXene的杂化材料是一种很有前途的正极主体材料，可实现高性能Na-S电池。Porous Heteroatom-Doped Ti3C2Tx MXene Microspheres Enable Strong Adsorption of Sodium Polysulfides for Long-Life Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05193https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c05193
05
Nano Lett.: 通过亚表面掺杂活化用于ORR的惰性表面Pt单原子
通过调整近表面区域来了解不同局部环境中单个原子的催化性质在多相催化中具有重要意义。近日，汪国秀教授、南开大学胡振芃教授、温州大学侴术雷教授及澳大利亚伍伦贡大学王云晓（共同通讯）等人发现在亚表面设计额外的Pt单原子（Ptsubsurf）可以显著提高表面Pt单原子对氧还原反应（ORR）的催化效率。通过实验和理论研究了在Co颗粒表面不同位置注入的Ptsubsurf单原子的影响，结果表明，Co颗粒表面Pt1的局部环境和催化性能可通过Ptsubsurf掺杂高度可调。与可逆氢电极 (RHE) 相比，得到的单原子催化剂显示出卓越的ORR性能，在 0.1 M HClO4溶液中0.9 V下实现了4.2 mA μg-1的高质量活性（比商业Pt/C高28倍），且具有超过30000次循环的高稳定性。这一开创性的策略为高效单原子催化剂的开发开辟了一条新途径，显示出一系列电化学反应的广阔前景。Activating Inert Surface Pt Single Atoms via Subsurface Doping for Oxygen Reduction Reaction, Nano Lett. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02013https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02013
