汪国秀，澳大利亚悉尼科技大学（UTS）教授，清洁能源技术中心主任、杰出教授。入选英国皇家化学会会士（2017）、国际电化学学会会士（2018），欧洲科学院院士(2020), 2018-2022连续5年入选科睿唯安材料领域“全球高被引科学家”。汪教授致力于材料化学、电化学、储能与转换、电池技术、二维材料等方面的研究，发表论文600篇，被引量达6.9万余次，H指数140。
课题组网站：
https://www.uts.edu.au/research/centre-clean-energy-technology
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H-index 140，总引次数6W+!这位澳洲的华人教授值得你了解一下！
1.Science Advances：分子淬灭/氧化还原介质机制实现长寿命锂氧电池
非水系锂空气电池具有极高的能量密度，被认为是目前最有前景的一种高能量存储器件。然而，它们的发展受到充电过程中高过电位的严重阻碍，导致效率低下和寿命短暂。因此，开发多功能催化剂是有效解决放电产物过氧化锂难分解的有效手段。有鉴于此悉尼科技大学汪国秀教授和孙兵博士，阿贡实验室陆俊教授以及大化所彭章泉教授合作，通过设计和合成一种新型多功能有机催化剂PDI-TEMPO实现在锂氧电池充放电过程中对超氧自由基的可逆淬灭和过氧化锂的可逆氧化还原催化，极大降低了副反应的发生，提高了锂氧电池的稳定性以及循环寿命。
文献链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm1899
Jinqiang Zhang, Yufei Zhao, Bing Sun, Yuan Xie, Anastasia Tkacheva, Feilong Qiu, Ping He, Haoshen Zhou, Kang Yan, Xin Guo, Shijian Wang, Andrew M. McDonagh, Zhangquan Peng, Jun Lu, Guoxiu Wang, “A long-life lithium-oxygen battery via a molecular quenching/mediating mechanism”, Sci. Adv. 2022, 8, eabm1899.
2.Science Advances：废旧电池锂资源绿色、可持续回收
近年来，随着全球纯电动汽车的推广普及，锂资源需求量飞速递增。然而，受限于地域、成本、技术成熟度、锂浓度等问题，天然锂资源（锂矿、盐湖卤水和海水）提取难度较大。因此，开发和回收二次锂资源已成为全球相关产业可持续发展的关键。据估计，2025年全球废旧锂离子电池将达50万吨。考虑到废旧电池中的锂含量(5-7wt%)远高于自然资源，废旧锂离子电池被认为是当前最理想的二次锂资源。近日，郑州大学金阳教授与清华大学伍晖教授、华北电力大学刘凯副教授、悉尼科技大学汪国秀教授联合利用石榴石固态电解质对锂离子的优异选择通过性，构筑“富锂态电极|中空防水石榴石陶瓷电解质|支持溶液”的新型电化学提锂体系，实现了对废旧LiFePO4、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiCoO2电池锂资源的绿色、高纯、经济性回收，该 “卷对卷”式电极回收方法并不影响后续其它金属的回收，避免了传统湿法冶金、火法冶金回收面临的资源浪费、纯度偏低、环境污染等问题。
文献链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq7948
Jing Xu, Yang Jin, Kai Liu, Nawei Lyu, Zili Zhang, Bin Sun, Qianzheng Jin, Hongfei Lu, Huajun Tian, Xin Guo, Devaraj Shanmukaraj, Hui Wu, Meicheng Li, Michel Armand, Guoxiu Wang*, “A green and sustainable strategy toward lithium resources recycling from spent batteries”, Science Advances, eabq794, 8, 2022. IF=14.14. DOI:10.1126/sciadv.abm1899
3.Progress in Materials Science: 从单原子到团簇的原子分散催化剂在储能和转化应用中的研究进展
原子分散催化剂（ADC）由于其独特的结构特征和最大化的效率，可以在多相催化和均相催化之间架起桥梁，其原子大小从单个原子到团簇不等。发展至今，ADC已经取得了巨大的进步，包括开发先进的合成策略、提高电化学性能和揭示潜在的基本机制。东华大学乔锦丽教授、悉尼科技大学汪国秀教授和张晋强博士联合对ADC（单原子、双原子、团簇催化剂）在典型电化学储能和转换应用的最新进展进行了全面和系统的回顾。本文要点归纳如下：
（1）简要总结了不同类型的ADC，包括单原子、双原子到团簇催化剂的各种合成策略。具体来说，根据此处是根据金属的类型，分为贵金属ADC、非贵金属ADC和贵/非贵金属ADC复合型催化剂。
（2）重点介绍了ADC的稳定策略、性能评估、机理理解、储能和转换典型应用中的综合实验和理论研究等关键问题。探究了ADC的结构与稳定性，主要讨论了配体锚定的ADC，以及ADC与底物相互作用的结构和稳定性。
（3）讨论了ADC作为高性能电催化剂在能量存储和转换应用（包括燃料电池和金属空气电池中的氧还原反应、水分解中的析氧和析氢反应、氢氧化反应、二氧化碳还原和氮还原反应）中的典型应用。最后，展望了ADC在能量存储和转换应用中的研究挑战和发展方向。
文献链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642522000457#f0005
Yongxia Wang, Xiangzhi Cui, Jinqiang Zhang, Jinli Qiao, Haitao Huang, Jianlin Shi, Guoxiu Wang*, “Advances of atomically dispersed catalysts from single-atom to clusters in energy storage and conversion applications”, Progress in Materials Science 128, 100964, 2022. IF=39.67. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2022.100964.
4.Energy & Environmental Science: 针对钾离子电池正极材料的高效钾补偿策略
钾离子电池因其较低的成本和还原电势（-2.93V），被认为是极具应用潜力的新一代高能量密度大规模储能设备。但是其电极材料，特别是正极材料很大程度上制约了钾离子电池的进一步发展。目前大多数研究所选用的层状结构正极材料中钾含量低（<0.6），因而首圈库伦效率差强人意，往往需要工艺繁琐的预钾化流程，在增加了生产成本的同时存在较大的安全隐患。目前钾离子电池的研究主要集中在半电池体系，全电池的探索尚处于初期阶段。因此解决上述难点，是推动钾离子电池发展和应用的关键。基于此，悉尼科技大学的汪国秀教授、孙兵博士后研究员与北京大学的郭少军教授和湖南大学的解修强副教授首次报道了一种简单高效且成本低廉的钾补偿策略，成功提升了贫钾层状结构正极材料K0.5MnO2的电化学性能，并同软碳负极材料结合，在没有预钾化的条件下保证所组装的全电池能够正常工作，性能在目前所报道的钾离子全电池中属于领先水平。
文献链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d2ee00833e
Shuoqing Zhao, Zhichao Liu, Guanshun Xie, Ziqi Guo, Shuguang Wang, Jinhui Zhou, Xiuqiang Xie, Bing Sun, Shaojun Guo and Guoxiu Wang*, “High-efficiency cathode potassium compensation and interfacial stability improvement enabled by dipotassium squarate for potassium-ion batteries”, Energy & Environmental Science, 15, 3015-3023, 2022. IF= 38.53. DOI: 10.1039/D2EE00833E.
5.Advanced Materials: 连续孔分布的微-介孔碳纳米球的合成以及在钠硫电池的应用
多孔碳作为一种高效的载体，被广泛应用于锂-硫和钠-硫电池中。然而，对于这些亚纳米尺寸的孔隙，在循环过程中提供完全可及的钠离子通道是一个挑战，特别是对于高硫含量体系。众所周知，全覆盖设计结构的固相界面对促进电池中快速电荷转移和稳定转换反应起着至关重要的作用。然而，在孔隙中构建高离子导电性固体界面相是非常困难的。本项研究设计了独特的连续碳孔，可作为多功能通道封装高活性硫，并为钠离子提供完全可达的通道。在通道中也实现了固体硫化钠间相层，显示出较高的钠离子导电性，稳定了硫阴极在充放电过程中的氧化还原动力学。澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授、温州大学侴术雷教授、伍伦贡大学王云晓博士和赖玮鸿博士系统设计的碳载硫阴极具有优越的循环性能 (2000次循环后2A g-1下提供420 mAh g-1的高可逆容量)，在0.5 A g-1的电流密度下，500次循环的高容量保持率约90 %，优异的速率（470 mAh g-1, 5 A g-1)，用于室温钠硫电池。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205634
Can Wu, Yaojie Lei, Laura Simonelli, Dino Tonti, Ashley Black, Xinxin Lu, Wei-Hong Lai, Xiaolan Cai, Yun-Xiao Wang, Qinfen Gu, Shu-Lei Chou, Hua-Kun Liu, Guoxiu Wang*, Shi-Xue Dou, “Continuous carbon channels enable full Na-ion accessibility for superior room-temperature Na-S batteries”, Advanced Materials, 34, 2108363, 2022. IF= 32.09. DOI: 10.1002/adma.202108363.
6.Advanced Materials: 钙钛矿中氧空位在锂硫电池中的催化机理
随着电动汽车和大规模储能器件需求的不断增加，新型高能量密度电池体系的开发成为近年来的研究热点。锂硫电池因其较高的理论能量密度(2600 Wh kg-1)和丰富的硫资源而被认为是锂离子电池的有效替代品。然而，目前仍然存在一些问题阻碍了锂硫电池的发展，如活性物质硫和Li2S/Li2S2的电导率低、放电过程中的中间产物多硫化合物(LiPSs)会产生穿梭效应。同时，锂电池充放电过程涉及多个电子转移反应和复杂的相变过程，LiPSs转化动力学缓慢，导致活性物质硫利用率低，电池容量损失严重，很大地阻碍锂硫电池的产业化。基于缺陷化学理论，北京理工大学化学与化工学院王振华教授和孙克宁教授以及澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授用选择具有吸附性能和电化学稳定性的钛酸锶基钙钛矿氧化物作为基底材料，对钛酸锶基钙钛矿氧化物Sr0.9Ti1-xMnxO3-δ (STMnx) (x=0.1-0.3)进行了氧空位浓度的调控，改善其吸附-催化性能，实现了高性能锂硫电池。以具有较高氧空位浓度的STMn0.3作为正极载体的锂硫电池，在2 C下进行1500次循环后仍可提供780 mAh g-1的高初始比容量和0.032%的低衰减率。这种氧空位的定量调控策略对缺陷材料的设计与调控具有启发意义，可在锂硫电池及相关储能与转换系统领域推广应用。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202202222
Wenshuo Hou, Pingli Feng, Xin Guo, Zhenhua Wang, Zhe Bai, Yu Bai, Guoxiu Wang*, Kening Sun, “Catalytic Mechanism of Oxygen Vacancies in Perovskite Oxides for Lithium–Sulfur Batteries”, Advanced Materials, 34, 2202222, 2022. IF= 32.09. DOI: 10.1002/adma.202202222.
7.Advanced Materials: 基于仿生学集流体设计的无枝晶多价金属电池
在全球能源需求与日俱增的情况下，寻找新的储能系统迫在眉睫。尽管锂离子电池占据了当前大部分储能市场，然而锂资源的地壳含量低与分布不均限制了其在大规模电网储能的中的应用。多价金属电池(例如锌、铝等)凭借低成本和高安全性成为了锂离子电池的理想替代品。然而在目前的多价金属电池体系中，多价金属与电解液相容性差，导致了一系列界面副反应以及枝晶生长问题，严重阻碍了其实际应用。鉴于此，清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、李宝华教授、周栋助理教授联合悉尼科技大学汪国秀教授设计了一种具有独特的三维仿生结构的多价金属集流体(Bio-scaffold)，实现了高效的多价金属沉积/剥离，提高了锌、铝金属电池的可逆性、循环寿命和安全性。该仿生集流体由平行排列的铜阵列组成，单根铜具有蜜蜂绒毛状的分形结构且被钛酸钙(CTO)层均匀涂覆。理论模拟和实验研究表明，该仿生集流体中的分形铜阵列实现了对电解液的 “超亲水” 性，促进了多价离子扩散，有效降低了电极表面电流密度；同时，具有高介电常数和亲多价金属性的CTO涂层可有效地缓解界面副反应、均匀化离子通量，最终协同提高了Zn、Al金属电池性能。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202206970
Zhijia Zhang, Xu Yang, Peng Li, Yao Wang, Xin Zhao, Javad Safaei, Hao Tian, Dong Zhou, Baohua Li, Feiyu Kang, Guoxiu Wang*, “Biomimetic dendrite-free multivalent metal batteries”, Advanced Materials, 34, 2206970, 2022. IF= 32.09. DOI: 10.1002/adma.202206970.
8.Advanced Materials: 缺陷调控Fe-N-C单原子催化剂实现氧还原反应长耐久性
单原子催化剂（SACs）因其原子利用效率高、电子结构特殊、活性中心均质、配位不饱和等特点，已广泛研究用于催化和电化学器件中。SACs在催化氧还原反应上与活性金属局域环境的电子相互作用密切相关，为了保证SACs的氧还原活性和耐久性，需进一步合理优化其几何和电子性质。然而，实现上述目标面临众多挑战，包括在原子尺度上稳定孤立的金属中心、在煅烧过程中形成的非活性金属物种和低活性位点、碳框架覆盖的活性位点的低利用率等。通过调节金属原子的电子结构，包括中心原子、配位原子、配位数等的性质，可以调节金属活性位的电荷密度重分布和d轨道态。因此，合理设计和合成具有优化电子结构和增强功能的SACs，以获得优异的活性和耐久性是非常必要的。缺陷在许多催化条件下是稳定的，利用缺陷来改善SACs的催化活性是一项具有重要研究意义的课题。到目前为止，关于缺陷修饰的SACs研究都专注于提高电催化活性，不能满足长期稳定的实际应用需求。因此，合理设计和合成具有优异电子结构和增强功能的SACs，以获得优异的活性和耐久性是非常必要的。近日，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授和刘浩副教授课题组联合清华大学李亚栋教授和陈晨教授课题组、燕山大学邵光杰教授课题组、广州大学张鹏教授课题组利用广泛研究的金属有机框架材料衍生制备了缺陷修饰的SACs系列催化剂，并且针对活性中心的电子结构特性进行了深入的电化学和理论研究分析。其设计的碳空位修饰的Fe-N-C可承受100 000圈的循环伏安耐久性循环，并且作为空气电极，在锌空气电池下亦可稳定运行1200 小时。针对Fe-N-C及碳空位修饰的Fe-N-C催化剂的第一性原理计算深入分析了金属中心及多种特定情况缺陷的引入对活性位点局域环境电子结构的影响及氧还原中间体吸附能的调控。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202210714
Hao Tian, Ailing Song, Peng Zhang, Kaian Sun, Jingjing Wang, Bing Sun, Qiaohui Fan, Guangjie Shao, Chen Chen, Hao Liu, Yadong Li, Guoxiu Wang*, “High durability of Fe-N-C single atom catalysts with carbon vacancies towards oxygen reduction reaction in alkaline media”, Advanced Materials, 35, 2210714, 2023. IF= 30.85. DOI: 10.1002/adma.202210714.
9.Journal of the American Chemical Society: 缺陷工程助力高性能渗透势能发电
从海水和淡水之间的盐度差异中可获取大量吉布斯自由能，通过将其转换为电能可实现持续的能量清洁转化。对这种能源的利用可以产生1 TW的巨大能量，明显高于全球风能和太阳能的发电量（分别为～730和710 GW）。反向电渗析是渗透势发电的主要技术，其核心是制备性能可靠且兼具高离子选择透过性的薄膜。目前，二维材料已被广泛用于开发反向电渗析技术的离子选择透过性膜。二维纳米片通过相互堆叠形成丰富的纳米流体通道网络，从而大大降低离子的传输阻抗，促进离子的跨膜输运。然而，现有的二维纳米流体膜的输出功率密度普遍低于7 W m–2。这主要是由于不充分的选择透过性所造成的吉布斯自由能损失。已有工作证明施加聚合物表面涂层、引入表面功能基团以及改变相结构等手段可以调整二维纳米片的表面电荷，从而有效提高二维纳米流体膜的离子选择性。然而，聚合物涂层不可避免地牺牲了离子的跨膜输运动力学，而二维材料的表面功能化和相结构修饰处理过程的复杂性大大地限制了它们的应用；同时，处理后的纳米片在水中的长效稳定性也难以保证。到目前为止，仍然缺乏有效的策略来调整二维材料的表面电荷以实现高性能渗透势能发电膜的制备。针对上述问题，近日悉尼科技大学汪国秀教授、中科院理化所江雷院士、清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、周栋助理教授等团队联合，首次证明在二维纳米片上引入原子级空位缺陷可以有效增强薄膜的表面电荷，从而实现高效渗透势能发电。在50倍的NaCl梯度下，引入空位后的NbOPO4（V-NbP）膜的最大输出功率密度为～9.7 W m-2，比原始NbOPO4（NbP）膜高～300%。这项工作强调了二维材料的原子空位缺陷工程与离子通量/离子输运动力学之间在纳米尺度上的相关性，为提高渗透势能转换效率提供了新途径，并有望推广应用于水科学和二维材料科学和可持续能源电化学。
文献链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.2c12936
Javad Safaei, Yifu Gao, Mostafa Hosseinpour, Xiuyun Zhang, Yi Sun, Xiao Tang, Zhijia Zhang, Shijian Wang, Xin Guo, Yao Wang, Zhen Chen, Dong Zhou, Feiyu Kang, Lei Jiang, Guoxiu Wang*, “Vacancy Engineering for High-Efficiency Nanofluidic Osmotic Energy Generation”, Journal of the American Chemical Society, 2023. IF=16.383. DOI: 10.1021/jacs.2c12936.
10.Angewandte Chemie International Edition: 简化硫氧化还原反应以实现高效的室温钠硫电池
硫单质和硫化钠的低导电性使得其在室温条件下通常展现出很低的反应活性。因此，要取得高容量的室温钠硫电池，提高硫和硫的充放电产物的反应活性至关重要。但是，活性高往往不等于稳定性高。例如，电池充放电过程中产生的多硫化物通常被认为在现有电解液体系中是不稳定的。因此，如何在提高硫以及其充放电产物活性同时，增强电池的稳定性是一个很关键的挑战。近日，为了克服上述问题，澳大利亚伍伦贡大学的王云晓博士，联合悉尼科技大学的汪国秀教授，赖伟鸿博士，以及温州大学的侴术雷教授，设计了一种“电子蓄水池”的概念来同时改善硫正极材料的活性和稳定性。“电子蓄水池”通过供给和接收电子的方式来加速硫到硫化钠的可逆转换来提升可逆容量。另外，通过给硫供给额外电子，硫可以在放电过程中快速转化成短链多硫化钠，形成硫的精简反应过程。这种反应可以有效地减少不稳定的多硫化物的形成，避免了长链多硫化物与电解液发生副反应。通过“电子蓄水池”和单原子的协同吸附作用，本文又进一步提升了电池的稳定性，从而达到一种高活性且稳定的钠硫电池体系。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200384
Yaojie Lei, Can Wu, Xinxin Lu, Weibo Hua, Shaobo Li, Yaru Liang, Hanwen Liu, WeiHong Lai, Qinfeng Gu, Xiaolan Cai, Nana Wang, Yun-Xiao Wang, Shu-Lei Chou, Hua-Kun Liu, Guoxiu Wang*, Shi-Xue Dou, “Streamline sulfur redox reactions to achieve efficient roomtemperature sodium-sulfur batteries”, Angewandte Chemie International Edition, 134, e202200384, 2022. IF= 15.34. DOI: 10.1002/anie.202200384.
11.Angewandte Chemie International Edition: 电解液理性设计实现长循环室温钠硫电池
迄今为止，基于碱金属离子插层正极和负极材料的电池（如锂离子电池），已经被广泛用于现代社会。然而，基于这种插层化学的电池只能提供有限的能量密度，不能满足日益增长的大规模储能需求。因此，基于转化化学的碱金属硫电池由于硫具有高容量、无毒性和低成本而引起了巨大的关注。从可持续发展和经济的角度来看，钠是比锂更好的选择，因为钠与锂的化学性质类似，但自然资源要丰富得多。因此，室温钠硫电池电池系统具有低成本和高能量密度的优势，被认为是一种很有前途的储能技术。然而，由于现有电解质和电极的兼容性差，室温钠硫电池存在可逆容量低、自放电严重、循环性能有限等问题，限制了其规模化应用。在传统的醚基和酰胺基电解质中，硫被可逆地还原为高溶性长链多硫化钠中间产物，并在随后的放电中最终转化为固体硫化钠和二硫化钠，发生"固-液-固"转化。可溶性的多硫化钠穿梭到钠负极，导致活性物质的损失和界面恶化，降低了电池的可逆性和循环性能。近日，清华大学深圳国际研究生院李宝华教授、周栋助理教授和悉尼科技大学汪国秀教授合作，设计了一种不可燃的全氟电解质，大大提高了室温钠硫电池的可逆性、循环寿命和安全性。其中，三氟-N, N-二甲基乙酰胺（FDMA）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）与首圈多硫化钠反应形成了薄且稳定的正极电解质间界面，实现 "准固相"的钠硫转换，消除了多硫化物的穿梭，而1,1,2,2-四氟乙基甲醚（MTFE）作为反溶剂不仅减少了多硫化物的溶解，而且有效调控钠离子溶剂化结构进一步稳定了钠负极。
文献链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202205416
Junru Wu, Yao Tian, Yifu Gao, Ziyao Gao, Yuefeng Meng, Yao Wang, Xia Wang, Dong Zhou, Feiyu Kang, Baohua Li, Guoxiu Wang*, “Rational Electrolyte Design toward Cyclability Remedy for Room-Temperature Sodium–Sulfur Batteries”, Angewandte Chemie International Edition, 134, e202205416, 2022. IF= 15.34. DOI: 10.1002/anie.202205416.
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