北京大学深圳研究生院新材料学院

海归学者发起的公益学术平台分享信息，整合资源交流学术，偶尔风月近年来，机器学习(ML)在材料科学研究中得到了广泛的应用。通过利用现有数据库的数据进行ML模型训练，许多还没有实验和理论数据的化合物性质可以被预测出来，从而大大加速材料领域的科研发现。北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋团队近年来不断尝试应用机器学习的方法来加速新型材料的发现。通过对大量数据进行机器学习和预测，分析远离总体趋势的异常结果，从中获得新的洞见。机器学习在材料科学中的应用之一是建立结构与性能之间的关系，它试图在材料指纹(包括组成元素的特征、原子结构信息以及这些特征的任何组合)和我们感兴趣的目标属性之间建立预测关系。过去的工作中，ML方案的预测能力在材料的带隙、弹性模量、相稳定性、离子电导率、导热系数、熔融温度、玻璃化转变起始温度等性质有着很好的表现。但是，在以往的研究中，ML方案的成功是基于数据库中数据的共同趋势，通过这样的共同趋势训练，开发的模型可以应用于大多数化合物。这对“正常”化合物是有效的、准确的，因为在材料数据库的大多数情况下，“正常”化合物具有规则的结构单元。然而，例外总是存在的，潘峰团队着眼于这些例外，并且通过分析这些“例外”，对基础物理学有了一些新的认识，并在科学上开辟了新的领域。机器学习预测带隙的结果北京大学新材料学院自主建立了一个包括HSE计算数据的材料结构数据库，并基于此，通过机器学习的方法对材料结构的带隙进行学习，展示了ML是如何被用来作为一种工具来挑选这些不寻常的案例，以及如何用传统的分析方法来研究这些不寻常的案例，从而拓宽已有的科学知识。在这个工作中，该团队只使用了相对较小的数据集进行训练，并且ML模型的总体性能与已有的工作相当，模型R2约为0.89。通过观察带隙预测模型的结果，团队从数据库约4000种化合物中确定了34种不同寻常的化合物，在具体的分析之后，其中许多化合物具有不寻常的结构或其他异常，如特殊的配位环境或氧化态，带隙相对于同族其他化合物的突然增加，或是同族不同化合物之间的不同相结构。AgO2F（“异常”结构）与KAgO2（“正常”结构）的电子结构比较。AgO2F由于具有不寻常的氧化态（O22-）从而具有异常的表现该成果以题为“Discovering unusual structures from exception using big data and machine learning techniques”在Science Bulletin上发表。本项目得到国家材料基因重大研究计划和广东省重点实验室的经费支持。扩展阅读npj: 机器学习—快速精确预测电子结构问题

4月16日,联想万像(深圳)科技有限公司(以下简称“联想万像”)与北京大学深圳研究生院正式达成战略合作,双方将共同建立联合实验室,建立产学研长期合作关系,努力实现“校企合作、产学双赢”。未来,双方将互相开放资源、优势互补,以联合实验室微平台,发挥各自优势,利用新材料新工艺在激光打印机行业开辟新的技术和专利,携手在国产激光打印机领域进行战略合作。强强携手,联想万像与北京大学深圳研究生院展开深度合作联想万像是联想图像(天津)科技有限公司在深圳成立的研发中心,以打印机类产品的设计开发和打印机本土化研发为主要研究方向,借助目前国内移动互联网的优势,并结合LOT和AI等前沿技术以及国内合作伙伴的基础材料优势,正在打造新一代领导型创新产品。北京大学深圳研究生院依托于北京大学学科优势,并结合深圳的区位优势,逐步发展为北大研究型国际化校区,是目前北京大学创建世界一流大学战略的重要组成部分,科研实力强劲。此次双方联合共建的联合实验室,依托联想万像的研发中心和北京大学深圳研究生院新材料学院有机光电显示研究中心进行建设,即满足联想万像对产业升级的需求,同时也符合北京大学深圳研究生院开展产学研合作的方针。精诚合作,面向未来,将联合实验室打造为一体化创新平台联合实验室是双方展开合作的优质平台,也是加强校企合作的重要桥梁,联想万像将与北京大学深圳研究生院共同努力,将联合实验室建成集科研平台建设、产业技术研发与集成、人才培养、应用示范、成果转化等于一体的创新平台。联合实验室主要从事激光打印机核心零部件研究,包含但不限于粉盒单元、鼓盒单元、定影单元和EP单元等。随着合作的进一步加深,双方还将以实验室为载体,作为研发、培养人才的基地,也作为申请科研项目、申报科研成果的基地。同时以基地为依托,为进一步申报广东省和国家重大课题基金奠定基础。此次合作是双方在技术领域深入攻关的演进,将有效推动联合实验室的技术研发与成果研发,打造产学研用一体化合作关系。合作、开放、共赢,联想万像与北京大学深圳研究生院在彼此强大的产品运营力与技术创新能力的支持下,将互相分享、整合彼此的优质资源,围绕激光打印机的研究不断创新,实现打印行业价值的进一步释放,真正将“1+1>2”的聚合作用发挥出来。来源：消费日报网

电动车 和手机的下一代 锂电池 将会选择能量密度更高、安全性更好的全固态 锂离子电池 。国家为了加速新材料和全固态锂离子电池研发，“十三五”期间首次设立“材料基因组技术”国家重点研发计划，并希望通过材料基因组的高通量计算、合成、检测及数据库（大数据的机器学习和智能分析）的新理念和新技术加速全固态锂离子电池的研发，设立“基于材料基因组技术的全固态电池研发”国家重点专项，该重点专项由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授作为首席科学家牵头组织11家单位共同承担。该项目研发的重要部分包括高性能全固态 锂电 池及关键材料（例如：新型固态电解质等）和机理（例如：固态电池材料各界面调控等）的研发。传统无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点，目前难以在固态电池领域得到大规模应用，因此开发具有较小界面阻抗的新型固态电解质对固态电池能量密度以及电化学性能的提升均具有十分重要的意义。新型固态电解质降低界面阻抗机理以及固态电池示意图固态电池长循环稳定性以及在不同温度下的循环容量潘锋教授课题组最近在新型固态电解质以及高能量密度固态电池方面的研究取得重要进展，将含锂的离子液体（[EMI0.8Li0.2][TFSI]）作为客体分子装载进多孔的金属-有机框架材料（MOF）纳米颗粒载体中，制备了新型复合固态电解质材料。其中，含锂的离子液体负责锂离子传导，而多孔的金属-有机框架材料则提供了固态载体以及离子传输通道，避免了传统液态锂离子电池漏液的风险，同时对锂枝晶具有一定的抑制作用，使得金属锂可以直接用作固态电池负极。新型的固态电解质材料不仅具有较高的体相离子电导率（0.3mS cm-1），另外由于其独特的微观界面润湿效应（nano-wetted effect）使得其界面锂离子传输性能极佳，与电极材料颗粒间具有良好的匹配性。由于以上特点，该新型固态电解质与磷酸铁锂正极和锂金属负极组装的固态电池可以达到极高的电极材料负载量（25mg cm-2），并且在-20-100℃的温度区间内表现出良好的电化学性能。

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】随着锂离子电池在电动汽车和小型电网储能等方面的应用，人们对其能量密度、循环性能和倍率性能等方面的要求也越来越高。锂离子电池的正极材料是限制其能量密度提升的重要一环。与目前商业化的钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料相比，高镍层状材料具有容量高和成本低的优势，成为下一代动力电池正极材料的首选之一。然而，其较差的循环稳定性和倍率性能成为制约其商业化应用的主要因素。这和高镍正极材料的表面结构和化学特性有很大的关系。因此，研究高镍材料的表面结构，找出影响其电化学性能的结构起源和机理，对于提升高镍材料的电化学性能，加快其产业化进程，具有十分重要的意义。近日，由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授领导的清洁能源中心研究团队和美国布鲁克海文国家实验室王峰和白健明教授合作，运用原位同步辐射X-射线衍射谱、X-射线吸收谱（XPS）、扫描透射显微镜-电子能量损失谱（STEM-EELS）结合电化学表征，对锂离子电池高镍层状氧化物材料在制备过程中的表面重构现象及相关机理进行了深入研究，该工作近日发表在能源材料领域知名期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials， IF=24.884）上。此外，采用同步辐射技术对锂电池高镍层状氧化物材料在制备过程中表面重构对阳离子无序（锂镍混排）的影响及机理进行了深入系统的研究，相关工作发表在著名期刊《材料化学杂志A》（Journal of Materials Chemistry A, IF=10.733）上。高镍层状材料在降温过程中的表面重构机理潘锋课题组采用独特的原位同步辐射X-射线衍射结合各种表面表征技术，研究了高镍层状材料LiNi0.7Mn0.15Co0.15O2（NMC71515）在合成过程中由降温诱导的表面重构现象，包括Li2CO3在颗粒表面的堆积、表面缺Li层的形成及Ni3+的部分还原。这一现象主要是由颗粒近表面区域的Li/O丢失引起的，发生在350度以上的高温条件下。它和高镍材料在存储过程和电化学循环过程中的表面重构有很大的区别，具有形成速度快、降温速率依赖等特点。进一步的电化学研究表明，降温过程中采用淬火策略可以极大抑制表面重构现象，降低颗粒表面阻抗，显著提升材料的倍率性能。此外，采用同步辐射X-射线衍射系统地研究了NMC71515在合成过程中阳离子无序的热力学和动力学行为，发现体相中的阳离子无序和表面重构行为（颗粒表面Li2CO3的分解和Li/O丢失）紧密相关。在此基础上，通过调控表面重构，获得了高倍率和高容量的NMC71515。这两个研究工作为基于高镍材料自身表面化学特性调控，获得高容量、高倍率、高稳定性的正极材料提供了新的手段。 高镍层状材料在制备过程中表面重构对锂镍混排的机理及调控这两个工作由新材料学院潘锋教授和美国布鲁克海文国家实验室王峰和白健明老师共同指导完成。Advanced Energy Materials论文第一作者为张明建，潘锋、白健明、王峰老师为共同通信作者。Journal of Materials Chemistry A论文第一作者为段彦栋和杨卢奕，潘锋、王峰老师为共同通信作者。该工作得到了国家材料基因工程重点研发计划、广东省重点实验室和深圳市科技创新委员会等项目的大力支持。免责声明：以上内容转载自中国化学与物理电源行业协会，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

12月3日上午，北京大学深圳研究生院培养工作会议在北京大学深圳研究生院H214召开。北京大学研究生院副院长陈鹏、培养办公室主任胡晓阳、专业学位办公室主任何峰、深圳研究生院副院长王鹏飞、信息工程学院副院长朱跃生、化学生物学与生物技术学院副院长潘峥婴、环境与能源学院副院长徐期勇、城市规划与设计学院副院长杨家文、新材料学院副院长孟鸿、汇丰商学院副院长朱家祥、国际法学院助理院长Christian Pangilinan、人文社会科学学院执行院长于长江、通识教育中心主任丁嘉辉以及研究生院培养办公室、深圳研究生院教务处、各学院教务等相关老师参加本次会议。会议由深圳研究生院教务处处长林宏海主持。（会议现场）（林宏海处长主持会议）深圳研究生院副院长王鹏飞向参会人员详细介绍了深圳研究生院的基本情况。他指出，深圳研究生院是北京大学双一流建设的重要组成部分，是高等教育探索先行先试的前沿范本，是深圳改革开放再出发的重要参与力量，也是深圳“双区驱动”核心引擎的重要抓手。同时，他回顾了深圳研究生院的办学历史、办学目标以及“前沿领域、交叉学科、应用学术、国际标准”的办学方针，并针对每个学院及其对应的深圳市重点产业布局进行了具体的阐述。随后，他从创办初期、创办中期、当前阶段三个阶段分别阐述了深圳研究生院的办学历史。2001—2004年创办初期，深圳研究生院主要作为本部院系的延伸办学；2005—2016年，深圳研究生院开始转型并追求差异化发展，各学院逐步实现独立于本部相关院系进行招生和培养，突出差异化、国际化的特色，强调管理服务以及改善教学科研的软环境；当前阶段，深圳研究生院正进一步寻求突破与增量发展。王鹏飞副院长还介绍了学生培养、师资力量、科学研究以及每个学院的具体办学特色，探讨了深圳研究生院的未来发展方向。（王鹏飞副院长发言）研究生院副院长陈鹏作“以学生成长成才为中心的研究生培养工作”主题报告。报告内容主要包括：落实全国研究生教育会议和北京大学研究生教育会议精神；重点分享今后研究生院拟在研究生培养等方面的具体开展的工作和举措以及专业学位有关事项和相应的推动内容。他指出，七月下旬，我国首次召开全国研究生教育会议，体现出国家对于研究生教育的重视程度，北京大学对此极为重视，将2020-2021学年定为北京大学研究生教育质量提升行动年。随后，他重点阐述了最近的研究生培养工作以及下一步计划，包括深化博士生资助体系改革、推进专业学位综合改革、创新管理机制、促进分类发展和分类培养、推动质量保障体系升级、深化国际化人才培养等。最后，他强调要坚守育人初心，全面树立以学生成长成才为中心的北京大学研究生教育理念，推进院系博士研究生招生结构调整和培养机制改革，加快培养服务国家重大需求的高层次人才，全面贯彻落实高质量内涵式发展理念。（陈鹏副院长发言） 培养办公室主任胡晓阳在报告中介绍了北京大学研究生培养近期重要工作，并结合研究生教育从规模扩张到内涵式发展的背景以及培养办公室职能，梳理了五条工作主线：博士生资助体系改革是机制体制创新突破口；围绕立德树人根本任务，强化全过程育人体系；加强培养过程管理、促进培养质量提升；研究生课程教学体系建设；研究生综合能力培养平台建设。她强调课程思政建设这一重要专项工作，要求深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思政教育资源，使课程思政融入各类课堂教学，实现全过程育人。（研究生院培养办主任胡晓阳发言） 专业学位办公室主任何峰就《专业学位发展方案》以及我校专业学位综合改革的近期进展进行了汇报。他首先从发展思路、发展重点和改革举措等方面解读了教育部发布《专业学位发展方案（2020-2025）》的有关政策导向和主要变化。随后，他结合北京大学专业学位研究生教育的目标定位、现有情况和存在问题，从管理机制、课程和教学体系、论文评改革、实习实践基地建设、跨领域跨学科证书项目等方面，报告了北京大学专业学位综合改革的进展，并介绍了本年度新启动“前沿工程博士专业学位”项目的基本背景和特点，培养和管理模式等。（研究生院专业学位办主任何峰发言）报告结束后，深圳研究生院各院系参会老师与研究生院的老师们进行了充分的交流研讨，根据学科人才培养的特点，有针对性地了解政策细节和实施办法。研究生院的老师一一进行了回应，并从政策制定的角度进行了解读，为各单位提供了中肯务实的指导性意见。来源：北京大学 北京大学研究生教育 记者：南燕新闻社 钱韵 摄影：南燕新闻社 谭羲 编辑：桑裕臻

编者按：今年是深圳经济特区建立40周年。10月14日上午，习近平总书记出席深圳经济特区建立40周年庆祝大会，并发表重要讲话。习近平指出，40年来，深圳实现了由一座落后的边陲小镇到具有全球影响力的国际化大都市的历史性跨越。深圳是改革开放后党和人民一手缔造的崭新城市，是中国特色社会主义在一张白纸上的精彩演绎。40年间，有无数北大人选择深圳这个创新舞台，他们以“闯”的精神、“创”的劲头、“干”的作风，在这里挥洒自己的青春和热情，书写着“春天的故事”。2001年1月，北京大学与深圳市人民政府共同创办北京大学深圳研究生院，进一步深化了北大与深圳的合作关系。如今，深圳研究生院依托北大、立足深圳，逐步成为扎根深圳的北京大学研究型国际化校区、北京大学创建世界一流大学战略的重要组成部分。融媒体中心联合深圳研究生院特推出系列报道“深圳四十年·北大人在深圳”，与读者分享北大人在深圳的故事、北大深研院的故事，感悟鹏城大地上的北大精神。一、市校合作2001年1月，深圳市政府与北京大学签署合作办学协议2001年9月26日，北京大学深圳研究生院正式挂牌成立2002年4月27至28日，北京大学深圳研究生院与北京大学发展规划部在深圳市召开了以“适应社会发展需要，开创新的办学模式”为主题的“北京大学深圳研究生院战略研讨会”2002年11月22日，北京大学深圳研究生院第一届理事会第一次会议在深圳市召开，会议通过了深圳研究生院理事会章程二、艰苦创业2003年，学院学生参加新校区建设劳动深圳研究生院地基建设中的深圳研究生院深圳研究生院拔地而起2002年，深圳研究生院举行第一届开学典礼2002年9月2日，北京大学深圳研究生院第一届全日制硕士研究生入学，首届招收213名学生，其中博士生3人，硕士研究生210人2002年，北京大学深圳研究生院举办第一届运动会2003年，北京大学深圳研究生院首次在大学城举行开学典礼2003年，时任副校长林建华为深圳研究生院学生作奖学金、奖励报告2003年，化学基因组学与新药研发研讨会2003年，北京大学深圳研究生院学生进行考试2004年，时任副校长陈章良作主题报告三、办学探索2006年，北京大学深圳研究生院人文社会科学学院师生在深圳湾口岸进行城市功能调研2007年5月26日，以弘扬北大文化和人文精神为宗旨的“北大深圳论坛”开幕，该论坛为深圳市民搭建了了解北大文化与人文精神的平台2008年10月14日，在高交会上，北京大学深圳研究生院与香港晨兴集团等境内外八家知名企业与科研机构签署协议，深入开展科研合作，推进成果产业化2008年10月22日，北大深圳商学院正式冠名为“北京大学汇丰商学院”，汇丰商学院的目标为打造世界一流商界军校2008年10月22日，以促进中国法律教育国际化，推动跨国法律教育为使命的北京大学国际法学院创院，原康奈尔大学校长雷蒙担任创院院长2009年4月21日，学院举行院长基金研究生项目科研成果报告会，院长基金的设立促进了学生参与科研活动的积极性2009年10月10日，北京大学深圳研究生院环境与能源学院举行揭幕仪式2009年11月21日，致力于城市与区域空间研究的北京大学城市规划与设计学院成立2009年12月1日 ，北京大学与辉瑞公司（Pfizer）合作研究协议签字仪式在北京大学深圳研究生院举行，双方宣布将在生命科学和生物医学研究方面合作并旨在开发药物研发方面的创新科技2010年8月25日，深圳经济特区十大自主创新项目联合开工仪式。北京大学深圳研究生院承担的深圳市化学基因组学重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地入选深圳经济特区十大自主创新项目2011年9月20日，北京大学-新加坡国立大学环境工程专业双学位研究生项目启动仪式在北京大学深圳研究生院举行2011年11月29日，香港科技大学商学院与北京大学汇丰商学院正式签约，启动两校在MBA在职硕士项目上的全方位合作2012年7月16日，由AVS技术应用联合推进工作组牵头，信息工程学院参与制定的新版AVS标准的第16部分（AVS-P16）， 被正式发布为中华人民共和国广播电影电视行业标准2012年11月，学院积极参与深圳国际化城市建设活动2013年1月16日，北京大学深圳研究生院通识教育中心揭牌2013年5月，时任广东省委书记胡春华视察北京大学深圳研究生院2013年6月，汇丰商学院智汇谷产学研基地签约仪式2015年5月，北京大学深圳研究生院与伦敦大学学院合作签约2015年10月29日，新材料学院牵头组建的“电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心”成为深圳首个国家级国际联合研究中心2016年8月29日，深圳市政府与北京大学在广州签署备忘录，决定以北大深圳研究生院为基础，深化合作，共同建设北大深圳校区2017年6月8日，北京大学汇丰商学院萨金特数量经济与金融研究所正式成立，诺贝尔经济学奖获得者托马斯·萨金特加盟北京大学汇丰商学院2017年6月28日下午，深圳市人民政府与北京大学签署战略合作框架协议，共建多模态跨尺度生物医学成像设施深圳基地2018年3月25日,北京大学英国校区启动仪式举行。北大英国校区的成功设立是中国高校“走出去”的积极尝试2018年4月8日，省部共建肿瘤化学基因组学国家重点实验室揭牌2019年4月3日，北京大学深圳研究生院与深圳市科创委共同举办的深圳湾实验室正式揭牌2019年8月，北京大学深圳研究生院迎来新一批留学生，截至目前，深研院国际学生数为157名（含交换生）2019年12月20日，北京大学汇丰商学院与剑桥大学嘉治商学院正式启动合作高管教育项目

文章背景近年来，MnO2由于成本低廉、高理论容量等优点被作为多种离子电池正极宿主材料而广泛研究，包括Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+等。但MnO2材料低的电子/离子电导率、低的可逆放电容量、缓慢的扩散动力学和较差的循环稳定性，限制了其产业化应用潜力。为了解决这些问题，研究者提出了多种性能优化策略，包括金属掺杂、碳包覆、导电高分子包覆、预嵌入、超浓电解液等。其中，“预嵌入策略”是一种通过晶体结构调控正极材料本征电化学性能的有效策略，被广泛应用于多种正极宿主材料的研究，包括钒酸盐、二维过渡族金属硫化物、硒化物等。然而，关于“预嵌入策略”调控MnO2晶体结构及电化学性能之间关系的研究少有人总结和归纳。基于此，作者针对MnO2正极材料性能预嵌入的优化机制及未来研究发展进行综述和展望，希望能对未来二次电池锰基高性能正极材料开发有所启发和助益。成果简介近期，北京大学深圳研究生院潘锋教授团队针对预嵌入策略在MnO2的电化学储能的改性进行了综述和展望。MnO2在作为各种电池正极材料时一直存在一些难以解决的问题，包括MnO2的低电导率、低的可逆充放电深度，以及离子晶体结构中扩散动力学缓慢等问题。“预嵌入策略”通过合成过程预嵌入离子/分子能有效的缓解这些问题。在这篇综述文章中，作者总结了预嵌入策略在MnO2正极材料应用的作用，包括提高电子/离子电导、促进激活反应活性位点、提高扩散动力学、和提高电化学过程中材料晶体结构的稳定性（TOC）。作者也针对预嵌入策略所面临的一些挑战，并针对基于该策略研发高性能MnO2材料提出了展望。文章以“Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospect”为题，发表在国际材料类顶级期刊Advanced Materials上。赵庆贺博士、宋奥野（硕士生）和丁收香（硕士生）是文章的共同第一作者，潘锋教授是文章的通讯作者。预嵌入策略提高MnO2材料性能的作用机制图文导读一、基于“预嵌入策略”的合成方法 对于MnO2材料来说，有多种预嵌入的合成方法。 Lin等人发明了一种名为“水热嵌钾”的方法，具体来说就是通过对原始样品在KOH溶液中以205℃反应，通过控制反应时间生成含K+量不同的δ-MnO2。Wang等人通过高温煅烧(500-1000℃)合成了K+预嵌入的Fe/Mn基氧化物 (K0.7Fe0.5Mn0.5O2)。另外，Wang等人通过H+插层的MnO2和TMAOH之间进行离子交换获得了TMA+插层的δ-MnO2。同时，Huang等人通过水/有机界面反应合成了聚苯胺插层的MnO2。还有Mai等人通过在含有Mn2+离子和Na+的溶液中通过负极恒电流沉积得到了Na+离子预嵌入的NaxMnO2纳米片。（图1）图1. 五种典型的预嵌入MnO2合成方法。（来源：Advanced Materials）Hu等人通过将V3+离子插入到α-MnO2的2×2隧道中，使得α-MnO2的费米能级增加，带隙变窄，在带隙内产生一些杂质峰，从而提高了α-MnO2的电导率。并且作者发现随着钒元素在α-MnO2中含量的上升，材料本身的电导率和比电容也在上升。（图2 a-d）Yuan等人通过DFT计算发现，通过K+的预嵌入，原始α-MnO2的带隙内会产生一个新的占据态，这说明材料本身产生了Mn4+和Mn3+的混合，而同时存在Mn4+和Mn3+就使得这种材料在传输电子时能产生Mn4+/Mn3+间的电子跃迁。因此，K0.25MnO2就展现出相比没有K+预嵌入的情况下更好的倍率性能。（图2 e-g）图2.(a-d) V3+离子预嵌入α-MnO2的结构、能带与电导率和电化学性能测试; (e-g) K+预嵌入的MnO2的DFT计算能带、电导率测量和倍率性能测试。（来源：Advanced Materials）Li等人合成了一种特殊的含Cu0的Cu2+预嵌入Cu-δ-MnO2，由于Cu0的存在，原材料的电导率被提高了很多，从而使得其倍率性能得到了很高的提高。（图3 a-c）。Radhamani等人合成了Zn2+预嵌入的δ-MnO2，并且发现仅仅是预嵌入1%的Zn2+就能将材料的带隙从2.8eV降低到2.2eV，很大程度上提高了材料的倍率性能。（图3 d-f）。Xia等人发现Na+预嵌入的单斜Na+-δ-MnO2展现出极低的带隙（~1.25eV），因此其导电性能极佳，再引入4%的氧缺陷之后，其导电性进一步提高。（图3 g, h）综上所述，预嵌入策略的应用，能很好的提高MnO2材料的电导率，特别是预嵌入过渡金属离子效果明显。图3(a-c) Cu2+预嵌入δ-MnO2的XRD，XPS和倍率性能; (d-f) Zn+预嵌入δ-MnO2的XRD，带隙和不同电流下的电容; (g, h) Na+预嵌入的δ-MnO2结构示意图和能带图（来源：Advanced Materials）二、“预嵌入策略”增加MnO2电化学活性位点Radhiyah等人报道了一种Na+预嵌入的δ-MnO2，这种δ-MnO2有着两倍于未预嵌入的δ-MnO2的电容量，这是由于Na+预嵌入使得它的BET增加了很多。（图4 a-c）Inoue等人报道，Co2+、Ni2+、Pb2+预嵌入的MnO2由于其多层结构从平行于基底变成了垂直于基底，间接提高了其活性位点的数量。（图4 d, e）图4.(a-c) Na+预嵌入的δ-MnO2的BET和电容; (d, e) 掺杂了Co2+、Ni2+、Pb2+的MnO2的SEM图像及电化学过程结构演变。（来源：Advanced Materials）Jabeen等人发现，在充放电过程中，K+预嵌入的α-MnO2中的K+离子可以被Na+离子取代，从而增强了材料的赝电容效应，也就是说，K+的嵌入使得α-MnO2暴露了活性位点。（图5 a）Lin等人研究了作为电容器正极材料的Na+预嵌入的δ-MnO2，发现Na+预嵌入极大程度上降低了δ-MnO2材料的结晶度，从而使得Na+离子在材料的层间更加容易进出，也就是说，材料的活性位点进一步被利用起来。（图5 b, c）图5. (a) K+预嵌入的α-MnO2充放电过程；(b, c) Na+预嵌入前后δ-MnO2的结构变化以及其充放电过程中发生的变化。（来源：Advanced Materials）三、“预嵌入策略”增强离子扩散动力学Nam等人发现在一种Na+离子和水分子共同预嵌入的δ-MnO2（Na0.71MnO2·0.25H2O）中，由于水分子的电荷屏蔽效应，其存在极大程度上增强了Na+离子在晶格和界面处的扩散动力学。他们也测量了EIS和扩散系数，同样证明了这一点。（图6 c-e）图6.(c-e) Na0.71MnO2·0.25H2O的结构示意图、EIS和GITT（来源：Advanced Materials）Nam等人还合成了一种采用非常规方法将结晶水固定在其层间的δ-MnO2。他们通过STEM等实验方法发现，这种MnO2中的结晶水可以屏蔽嵌入的Mg2+离子和主体阴离子之间的静电相互作用，从而得到了较高的容量，如图所示。（图7 a, b）。同时，Nam他们16还报道了一种结晶水预嵌入的δ-MnO2，这种δ-MnO2可以很大程度上降低Zn2+离子传输势垒，如图所示，在结晶水预嵌入的δ-MnO2内，Zn2+和H2O的配位数为4-6之间，存在结晶水时其扩散势垒为0.32eV，不存在结晶水时其扩散势垒是1.03eV，也就是说，结晶水的电荷屏蔽作用大大增强了扩散动力学，提高了材料的电化学性能。（图7 c-e）图7(a, b) Mg2+离子嵌入δ-MnO2的示意图及其充放电和倍率曲线; (c-e) Zn2+的配位数，扩散势垒和结晶水预嵌入的δ-MnO2的充放电和倍率曲线（来源：Advanced Materials）Zhao等使用了一种有效的预嵌入方法，合成出了层间距增大的层状MnO2，特别是TMA+/H+共同预嵌入的层状MnO2，展现出良好的嵌Na+离子能力。其中以TMA+/H+=1000的时候MnO2的层间距最大，同时倍率性能也最佳。（图8 a-c）Cao等人发现通过控制合成时加入的KMnO4可以控制合成的δ-MnO2内预嵌入K+离子的含量。不过他们还发现，K+离子的含量并不是越多越好。一方面预嵌入K+可以扩大层间距，增强扩散动力学。但是另一方面，K+本身由于其带正电，也会阻碍阳离子在其中的扩散。作者通过实验发现适量的K+预嵌入的K0.19MnO2表现出最大的扩散系数和比电容。（图8 d-f）图8.(a-c) TMA+/H+共同预嵌入的层状MnO2的XRD，不同电流的电容量和EIS；(d-f) K+离子的δ-MnO2的结构示意图、比电容和扩散系数（来源：Advanced Materials）Wang等人研究发现，通过将δ-MnO2内的预嵌入离子从K+替换成TMA+后，材料的层间距有了显著的增加，大幅降低了Mg2+离子的嵌入过电势，提高了材料嵌入Mg2+的比容量和倍率性能。（图9 a-d）Lu's group发现在δ-MnO2中引入La3+离子预嵌入后，其层间距从6.9 提高到7.6 ，同时材料展现的比容量和提高和阻抗的降低。（图9 e-g）综上所述，增强扩散动力学是预嵌入效应的最主要部分之一，具体来说可以分为电荷屏蔽效应和扩大层间距，并且这些效应都不是单独的而是相辅相成的。图9.(a-d) δ-MnO2预嵌入K+离子替换为TMA+后的XRD，充放电曲线，倍率性能的变化；(e-g) δ-MnO2嵌入La3+离子前后的XRD，倍率性能和EIS.（来源：Advanced Materials）三、“预嵌入策略”提高MnO2晶格结构稳定性Fang等人报道了一种通过预嵌入K+离子抑制α-MnO2中Mn2+离子溶出的方法。在预嵌入K+离子后，材料的Mn2+溶出减少了10倍以上，稳定性也得到了提高。（图10 a, b）2019年，Nam等人发现，对于结晶水较少的δ-MnO2，其层间距一般在10左右，这种层间距的δ-MnO2中的Mn2+离子在放电过程中很容易溶出（势垒~0.12eV），这是其容量衰减的主要原因之一。不过，在存在结晶水的δ-MnO2中，其层间距~7，并且Mn2+不易溶出（势垒~0.59eV）。这是因为这种材料在放电过程中会生成一种特殊的Zn-Mn哑铃结构，这种哑铃结构比较稳定，使得Mn2+不易溶出。也就是Nam等人通过在δ-MnO2引入结晶水后，得到了一种循环性能很好，倍率性能不错的δ-MnO2。（图10 c-h）图10. (a, b) K+离子预嵌入α-MnO2后Mn2+溶出量的变化和循环性能；(c-e) 两种层间距不同的δ-MnO2其Mn2+溶出的可能性不同；(f-h) Zn-Mn哑铃结构示意图以及含结晶水的MnO2的循环和倍率性能.（来源：Advanced Materials）Poyraz等人发现，作为非水系电池正极的α-MnO2中预嵌入K+并不是越多越好。K+虽然能起到支撑结构的作用，但是同时也会阻碍Li+离子的传输，因此孔道中的K+离子含量应该尽可能低于0.32。同时，K+离子过多也会导致材料在嵌入Li+离子后发生畸变。（图11 a, b）Fang等人报道了水系电池中，K+离子在α-MnO2能够起到稳定结构的作用，特别是在引入了氧缺陷之后，K+离子阻碍H+和Zn2+离子传输的作用就被消除了。（图11 c）Huang等人研究了Ag+离子和K+离子稳定α-MnO2结构上的不同。由于离子半径的差距（K+ 1.38，Ag+ 1.15），Ag+离子稳定结构的作用不及K+离子，从而使得其循环容量上相比K+离子预嵌入的α-MnO2更低。（图11 d）图11.(a, b) α-MnO2中预嵌入不同量K+离子造成的结构变形和比容量变化；(c) K+离子稳定结构和引入氧缺陷的α-MnO2中H+离子传输的示意图；(d) Ag+离子和K+离子预嵌入的α-MnO2的循环性能（来源：Advanced Materials）Liu等人合成了预嵌入较多K+离子的δ-MnO2，发现K+离子能在其中起到支撑和扩大层间的作用，从而有利于Zn2+离子传输和循环性能。同时作者发现，在电解液中引入一定量K+可以抑制预嵌入的K+离子溶出，从而保持良好循环稳定性。（图12 a, b）Zhao等人发现对于A-M-O类化合物（A = K，Rb；M = V，Mo，Co，Mn），其中预嵌入的碱金属大离子A+可以稳定结构并创造Li+离子传输通道，从而提高循环稳定性。（图12 c）Huang等人合成了一种聚苯胺预嵌入的δ-MnO2，聚苯胺的预嵌入使得这种MnO2几乎不可能发生相变，因此也消除了Mn2+溶出的可能性，使得其循环性能即使在无Mn2+离子的电解液中也非常稳定。(图12 d-f)图12(a, b) H+/Zn2+嵌入K+离子预嵌入的δ-MnO2示意图以及相应的循环性能；(c) 碱金属大离子预嵌入效应示意图；(d-f) 聚苯胺预嵌入δ-MnO2的TEM，结构示意图和循环性能.（来源：Advanced Materials）Shan等人研究了一种Na+离子和结晶水共同预嵌入的Na0.27MnO2·nH2O中电化学过程。值得注意的是，电池从0.914V充电到1.25V的部分，材料的d001从7.33 缩小到7.30 ，这是由于水合Na+离子的脱出导致的。这就说明Na+离子和结晶水的共同脱出或者嵌入，能够很好的稳定材料的层间距进而稳定结构。综上所述，稳定晶格结构也是预嵌入效应最重要的部分之一，可以分为减少Mn2+溶出，稳定孔道型MnO2和稳定层状MnO2三个部分进行讨论。并且无论是何种预嵌入，或多或少都展现出稳定晶格结构的作用。总结与展望作为一种普适的电极材料优化策略，预嵌入已逐渐成为研究热点，成为解决基于MnO2正极材料若干问题的解决方案。这些问题包括低电导率，低可逆放电深度利用率，缓慢的扩散动力学以及循环时的较差结构稳定性。然而，尽管先前的报告已经贡献了许多成功的案例，但是在实际应用预嵌入时仍然存在挑战和机遇。首先，对于具有大量预嵌入阳离子的MnO2材料，预嵌入阳离子与插入的载流子离子之间的静电排斥会阻碍载流子离子的扩散，使得材料性能下降；其次，在某些预嵌入的MnO2正极中，不可避免地会在循环过程中将预嵌入的阳离子/分子从主体结构中提取到电解质中，使得预嵌入失去作用。最后，尽管增强了电化学性能，但在实际应用中必须考虑预嵌入策略的额外成本。文献链接：Qinghe Zhao, Aoye Song, Shouxiang Ding,Run Qin,Yanhui Cui, Shuning Li, Feng Pan* Pre-intercalation strategy in manganese oxides for electrochemical energy storage: review and prospect文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002450团队介绍赵庆贺博士：北京大学新材料学院副研究员，目前致力于电催化剂材料设计及水系电池开发相关的研究，在Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI论文十余篇；潘锋教授：北京大学新材料学院创院院长、北京大学教授，科技部“电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心”（国家级研发中心）主任。致力于材料基因与大数据系统研发、结构化学新范式探索、 基于中子大科学装置的材料和器件综合表征系统建设与应用。先后获国际电动车锂电池协会杰出研究奖(2016)、美国电化学学会电池科技奖(2018)和深圳市自然科学一等奖(2019)。在Nature Nanotech.等期刊发表SCI论文250余篇，2015-19连续5年入选爱思唯尔中国高被引学者。近期工作(1) Jiaxin Zheng, Guoyu Tan, Peng Shan, Tongchao Liu, Jiangtao Hu, Yancong Feng, Luyi Yang, Mingjian Zhang, Zonghai Chen, Yuan Lin, Jun Lu, Joerg C. Neuefeind, Yang Ren, Khalil Amine, Lin-Wang Wang, Kang Xu, and Feng Pan*, Understanding Thermodynamic and Kinetic Contributions in Expanding the Stability Window of Aqueous Electrolytes. Chem 2018, 4, 1-11.(2) Qinghe Zhao1, Jinlong Yang1, Mingqiang Liu, Rui Wang, Guangxing Zhang, Han Wang, Hanting Tang, Chaokun Liu, Zongwei Mei, Haibiao Chen, Feng Pan*, Tuning Electronic Push/Pull of Ni-Based Hydroxides to Enhance Hydrogen and Oxygen Evolution Reactions for Water Splitting. ACS Catal., 2018. 8, 56215629.(3) Mingqiang Liu1, Qinghe Zhao1, Hao Liu, Jinglong Yang, Xin Chen, Luyi Yang, Yanhui Cui, Weiyuan Huang, Wenguang Zhao, Aoye Song, Yuetao Wang, Shouxiang Ding, Yongli Song, Guoyu Qian, Haibiao Chen, Feng Pan*, Tuning phase evolution of β-MnO2 ring microwave hydrothermal synthesis for high-performance aqueous Zn ion battery. Nano Energy, 2019. 64, 103942.(4) Qinghe Zhao1, Xin Chen1, Ziqi Wang, Luyi Yang, Run Qin, Jinlong Yang, Yongli Song, Shouxiang Ding, Mouyi Weng, Weiyuan Huang, Jiajie Liu, Wenguang Zhao, Guoyu Qian, Kai Yang, Yanhui Cui, Haibiao Chen, Feng Pan*, Unravelling H+/Zn2+ synergistic intercalation in a novel phase of manganese oxide for high-performance aqueous rechargeable battery. Small, 2019, 1904545.(5) Ziqi Wang, Jiangtao Hu, Lei Han, Zijian Wang, Hongbin Wang, Qinghe Zhao, Jiajie Liu, Feng Pan*, A MOF-based single-ion Zn2+ solid electrolyte leading to dendrite-free rechargeable Zn batteries. Nano Energy, 2019. 56, 92–99.(6) Mingqiang Liu, Luyi Yang, Hao Liu, Anna Amine, Qinghe Zhao, Yongli Song, Jinlong Yang, Ke Wang, Feng Pan*, Artificial Solid-Electrolyte Interface Facilitating Dendrite-Free Zinc Metal Anodes via Nanowetting Effect. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019. 11, 32046-32051.(7) Yanhui Cui, Qinghe Zhao, Xiaojun Wu, Zijian Wang, Run Qin, Yuetao Wang, Mingqiang Liu, Yongli Song, Guoyu Qian, Zhibo Song, Luyi Yang, Feng Pan*, Quasi-Solid Single Zn-ion Conctor with High Conctivity Enabling Dendrite-Free Zn Metal Anode.Energy Storage Materials, 2020, 27, 1–8.(8) Yanhui Cui1, Qinghe Zhao1, Xiaojun Wu, Xin Chen, Yuetao Wang, Run Qin, Shouxiang Ding, Yongli Song, Junwei Wu, Kai Yang, Zijian Wang, Zongwei Mei, Zhibo Song, Hong Wu, Zhongyi Jiang, Guoyu Qian, Jinlong Yang, Luyi Yang, Feng Pan*, An interface bridged organic-inorganic layer suppressing dendrite and side reactions for ultra-long life aqueous Zn metal anodes. Angew. Chem. Int. Ed., 2020. 10.1002/anie.202005472(9) Qinghe Zhao1, Aoye Song1, Shouxiang Ding1, Run Qin, Yanhui Cui, Shunning Li, Feng Pan*, Pre-Intercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospect. Advanced Materials, 2020, 2002450.(10) Haocong Yi1, Run Qin1, Shouxiang Ding, Yuetao Wang, Shunning Li, Qinghe Zhao*, Feng Pan*, Structure and Properties of Prussian Blue Analogues in Energy Storage and Conversion Applications. Adv. Funct. Mater., 2020, 2006970.(11) Jiangtao Hu, Wenju Ren, Xin Chen, Yiwei Li, Weiyuan Huang, Kai Yang, Luyi Yang, Yuan Lin, Jiaxin Zheng, Feng Pan*, The role of anions on the Helmholtz Plane for the solid-liquid interface in aqueous rechargeable lithium batteries. Nano Energy, 2020, 74, 104864.(12) Hao Jia, Ziqi Wang, Benjamin Tawiah, Yidi Wang, Cheuk-Ying Chan, Bin Fei, Feng Pan*, Recent advances in zinc anodes for high-performance aqueous Zn-ion batteries. Nano Energy, 2020, 70, 104523.(13) Qinghe Zhao, Aoye Song, Wenguang Zhao, Run Qin, Shouxiang Ding, Xin Chen, Yongli Song, Luyi Yang, Hai Lin, Shunning Li*, Feng Pan*, Boosting the Energy Density of Aqueous Batteries via Facile Grotthuss Proton Transport. Angew. Chem. Int. Ed., 2020. doi.org/10.1002/anie.202011588(14) Run Qin, Yuetao Wang, Mingzheng Zhang, Yan Wang, Shouxiang Ding, Aoye Song, Haocong Yi, Luyi Yang, Yongli Song, Yanhui Cui, Jian Liu, Ziqi Wang, Shunning Li*, Qinghe Zhao*, Feng Pan*. Tuning Zn2+ coordination environment to suppress dendrite formation for high-performance Zn-ion batteries. Nano Energy, 2021. 80: p. 105478.

离子迁移引起的界面降解是影响钙钛矿太阳能电池(PSCs)稳定性的一个不利因素，因此需要特别关注这一问题，以便开发出更稳定的高效PSCs。北京大学深圳研究生院新材料学院教授孟鸿采用“S”形、钩状有机小分子萘二酰亚胺衍生物(NDI-BN)作为阴极界面层(CIL)，在倒置PSCs中修整了PC61BM/Ag界面。 孟鸿团队通过掺入NDI-BN实现了电子提取能力的增强，获得了21.32%的峰值功率转换效率。 电容-电压测量和X射线光电子能谱分析证实，这种新型有机CIL具有明显的作用，成功地阻断了离子向Ag阴极的扩散路径，从而防止了界面降解，提高了器件的稳定性。NdI-BN的分子堆积基序进一步揭示了其具有π-π堆积力的致密堆积结构，具有有效阻止离子迁移的能力。 此外，理论计算表明，与PCBM相比，分解的钙钛矿物种插入NDI团簇的难度要大得多。 NDI-BN和PCBM分子在结构和堆积方式上的显著差异决定了离子迁移的不同趋势，揭示了NDI-BN在抑制界面降解方面的优越潜力。在下一步工作中，他们计划研究这些以NDI和异硫萘二酰亚胺为核心的材料作为ETL/CIL在PSCs中的潜力，特别关注分子堆积基序的比较。 这次发现为理解有机CILs在提高PSCs稳定性和PCE中的作用提供了重要的见解，也为开发新的有机界面材料提供了明确的指导。

2001年，北京大学与深圳市人民政府签署《合作创办北京大学深圳校区协议书》，共同创办北京大学深圳研究生院。经过十五年发展，深圳研究生院依托北大、立足深圳，逐步成为扎根深圳的北京大学研究型国际化校区，北京大学创建世界一流大学战略的重要组成部分。深圳研究生院依托北京大学学科优势，结合深圳的区位优势，以“前沿领域、交又学科、应用学术、国际标准”为办学方针，加强学科建设。现有信息工程学院、化学生物学与生物技术学院、环境与能源学院、城市规划与设计学院、新材料学院、江丰商学院、国际法学院以及人文社会科学学院等八个学院。有人说深圳研究生院被边缘化，也有人说北大比清华、哈工大更重视深圳研究生院，实情究竟如何？从2017届毕业生就业质量报告中一探端倪：学院2017届毕业生共733人，其中硕士679人、博士54人。男女比例1：1。一、硕士生——国内升学：1.9%——出国深造：3.5%——协议就业：91.5%——灵活就业：2.2%——其他：0.9%二、博士生——国内升学：14.8%——出国深造：9.2%——协议就业：76.0%三、总结深圳研究生院2017届毕业生就业质量不弱于本部，甚至超过本部研究生整体水平！与本部相比，还有一个最大的就业优势：灵活就业率极低极低！留北京很难落户，而留深圳则没这些烦恼~从就业质量可知，深圳研究生院不但没有边缘化，反而很受重视，因为生源质量高，留北大工作高达19人！——6.8%继续深造。国内升学：2/3留在北京大学深造。出国留学：主要去美国、英国。——大部分选择就业。共662人。硕士主要从事金融、公共管理、IT业。博士主要从事教育、公共管理、科研、IT业。主要留深圳，占比39%。其次，北京25%、上海16%、广州4%。主要去国企、民企。硕士1/3去国企，博士主要去高校。单位如下：