周豪慎

男， 南京大学现代工程与应用科学学院， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1981年9月-1985年6月 南京大学物理系半导体物理专业本科，学士
1985年9月-1988年3月 南京电子器件研究所半导体物理专业硕士研究生，硕士
1988年4月-1988年8月 南京电子器件研究所 工程师
1988年9月-1991年3月 南京大学物理系固体物理专业博士研究生
1991年4月-1994年3月 日本国立东京大学工学部化工专业博士研究生，博士
1994年4月-1997年3月 日本国立理化学研究所(RIKEN)，基础科学特别研究员
1997年4月-2021年7月 日本国立产业技术综合研究所(AIST)，历任研究员，主任研究员，首席研究员
2010年4月-2015年3月 兼日本国立东京大学特聘教授
2013年4月-2021年7月 兼日本国立筑波大学教授
2012年4月-2021年7月 兼南京大学现代工学院教授
2012年4月-现在 南京大学储能材料和科学中心主任
2021年8月-现在 南京大学现代工学院教授

研究领域和兴趣

物理化学和能源化学

主要业绩

周豪慎长期致力于新型高比能量电池体系及关键材料的设计和创制，在氧电极反应理论构建、组合电解液电池体系创制和应用拓展等方面做出原创性的科学贡献。相关成果作为通讯作者发表论文500余篇，包括Nat. Mat., 2篇Nat. Energy，2篇Nat. Catalysis，8篇Nat. Commun.，10篇Joule，35篇Energy & Environ. Sci.，22篇Angew. Chem. Int. Ed.，21篇Adv. Mater.，论文他引超30000次，H因子110。取得授权专利50余件。获聘教育部长江学者讲座教授和千人计划国家特聘专家。曾任日本国立产业技术综合研究所首席研究员，曾兼任东京大学特聘教授和筑波大学教授。担任《Science Bulletin》常务副主编，《Energy Storage Materials》副主编。任国家重点研发计划“智能电网重点专项”责任专家。曾任国家纳米重大研究计划（973）项目首席科学家。培养的学生中，1人入选教育部长江学者，2人入选中组部WR计划，15人次入选各类国家级青年人才计划。主要业绩介绍如下：
一、建立并完善非质子体系空气（氧或二氧化碳）电极反应理论
周豪慎通过采用多种原位光谱和质谱技术，探明超氧化锂-过氧化锂-氧化锂-氧气之间转化的分子机制、催化媒介以及电学性能，建立和完善了氧阴离子变价储能的电极反应理论。并基于此，发明了多种高比能量长寿命的锂金属电池。建立和开发了锂二氧化碳电池，把二氧化碳还原成碳，同时放出氧气，在实现环境优化的同时，提供能源。
1、实现Li2O-Li2O2的可逆氧化还原过程，发明超高比能量的封闭锂-氧电池
周豪慎等人首次实现Li2O-Li2O2可逆转化的氧变价反应过程，发明镍基碳合金催化剂极大拓展正极可逆电容量并抑制氧气析出，构建了基于金属锂负极和大容量Li2O正极的封闭锂-氧电池。该锂-氧电池单体实际比能量高达513 Wh kg-1，并能稳定循环。该发明对推动超高比能量电池系统实用化有重要意义。 (Nature Catalysis 2019, 2, 1035-1044；Joule 2020, 4, 1445-1458)
2、发明基于Li2O析氧反应的锂电池补锂剂
无负极的锂电池新体系虽然因具备比能量高和生产工艺简单的优势而备受关注，但因为缺乏与负极和电解液匹配的正极补锂剂，该电池的寿命和储能效率都不能满足实际要求。周豪慎等人首次提出基于Li2O析氧反应的补锂新机制，创新性地引入氟代醚分子，在吸收析出氧的同时，在正极表面产生了氟化锂保护层。基于该技术制备的无负极锂电池可以实现高比能量和稳定循环。（Nature Energy 2021, 6, 653-662）
3、构筑Li-CO2电池和解析其反应机理
利用电化学的碳还原（CRR）电化学的氧化(OER)构筑Li-CO2电池，在放电过程中直接还原CO2气体至单质碳材料，还获得2.6V的电压提供能源；在充电过程中通过设计并合成Ru基复合催化剂实现OER反应而放出纯氧气Joule (2017, 1,359-370)。相关的Ru基复合催化剂还能用于Li-O2电池提高电池的储能效率和寿命，针对氧气还原和析出反应表现出了更高的能量效率和倍率性能。（Angewandte Chemie International Edition,2014, 2, 442）
二、创制组合电解液的电池新体系
传统均相电解液系统中，设计宽电位窗口的电解液并完全地调控电解液中各类离子的输运是极具挑战的难题。周豪慎创造性地提出了组合电解液（质）的概念，综合两种或多种电解液（质）的特点，设计出多种电能源转换体系。实现了对电池体系内载流子的接力输运和调控，获得一系列新特性和新功能。
1、发明基于组合电解液的新型锂电池
周豪慎等将“有机电解液”、“锂离子固体电解质”和“水系电解液”构筑成组合电解液，实现了对电池体系输出电压的大幅提升和载流子输运特征的调控，成功开发出新型锂-空气电池（J. Power Sources 2010, 195, 358）和锂-银电池（J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15098）。诺贝尔化学奖得主Googenough称申请人发明的液流式锂-空气电池“避免氢氧化锂浓度过高析出，从而拥有较长寿命，也具有实用化的可能。”
2、抑制多硫离子穿梭效应
针对锂-硫电池放电过程中的可溶性中间产物多硫离子的穿梭效应问题，周豪慎等人拓展组合电解液的概念，将分子框架化合物引入到电池体系中，解决多硫离子穿梭问题，提升锂-硫电池的循环寿命。（Nature Energy, 2016, 7, 16094）
3、调控离子溶剂化程度拓宽电解液窗口
周豪慎等人提出阳离子贫溶剂化电极反应理论，进一步拓宽组合电解液（质）的概念，将分子筛或分子框架化合物与有机电解液组合，通过组合电解液内离子筛孔道的局域效应调控自由溶剂和溶剂化溶剂的比例，缓解负极表面枝晶生长和副反应发生，提升了高比能金属锂二次电池的高电压（大于5.2V vs Li/Li+）和高温（100℃）的稳定性（Joule, 2020；Nat. Comm. 2021）。该成果对拓展电解液的高输出电压应用场景，实现多种电池体系能量密度的提升有重要意义。
4、首次实现从海水中提取金属锂单质
海水中含有极为丰富的锂资源，但海水中锂浓度很低（0.1~0.2ppm），且钠、镁等干扰离子众多，实现从海水中提取锂资源极具挑战，但是对解决锂资源短缺问题和促进电能存储技术持续发展有重要意义。周豪慎等人提出通过组合电解质的思路构筑电解池体系，成功实现低价高效地从海水中直接提取金属锂单质（Joule, 2018, 9, 1648)。《中国海洋报》针对该发明称“海水取锂大有可为”。《中国科学报》配发编者按：“与传统方法只能得到锂盐或锂化合物相比，新技术具有可直接提炼金属锂、提炼速度可控、适合大规模生产制备等优势。而且，通过太阳能转化为电能来收集和存储锂，也是一种清洁绿色的能源利用方式”

代表成果

论文：
(1) Donglin Li, Haoshen Zhou*, Itaru Honma, “Design and synthesis of self-orderedmesoporous nanocomposite through controlled in-situ crystallization”, Nature Materials, 3, (2004), 65-72

(2) Songyan Bai, Xizheng Liu, Kai Zhu, Shichao Wu, Haoshen Zhou*, “Metal-Organic Framework-Based Separator for Lithium-Sulfur Batteries”, Nature Energy, 1, (2016), 16094

(3) Yu Qiao, Huijun Yang, Zhi Chang, Han Deng, Xiang Li, and Haoshen Zhou*，“A high-energy-density and long-life initial-anode-free lithium battery enabled by a Li2O sacrificial agent”，Nature Energy, 6, (2021), 653-662

(4) Yu Qiao, Kezhu Jiang, Han Deng, Haoshen Zhou*, “A high-energy-density and long life lithium-ion battery via reversible oxide-peroxide conversion”, Nature Catalysis, (2019), 2, 1035-1044

(5) Hui Pan, Menghang Zhang, Zhu Cheng, Heyang Jiang, Jingui Yang, Pengfei Wang, Ping He*, Haoshen Zhou* “Carbon-free and binder-free Li-Al alloy anode enabling an all-solid-state Li-S battery with high energy and stability”, Science Advance, 8, (2022), eabn4372

(6) Xinyi Sun, Xiaowei Mu, Wei Zheng, Lei Wang, Sixie Yang, Chuanchao Sheng, Hui Pan, Wei Li, Cheng-Hui Li, Ping He*, Haoshen Zhou*, “Binuclear Cu complex catalysis enabling Li–CO2 battery with a high discharge voltage above 3.0 V”, Nature Communications, 14, (2023), 536

(7) Zhi Chang, HuijunYang, Xingyu Zhu, PingHe, & Haoshen Zhou*, “A stable quasi-solid electrolyte improves the safe operation of highly efficient lithium-metal pouch cells in harsh environments”, Nature Communications, 13, (2022), 1510,

(8) Sixie Yang, Fan Zhang, Huaiping Ding, Ping He*, and Haoshen Zhou*, “Lithium Metal Extraction from Seawater”, Joule, (2018), 2, 1648-1651

(9) Zhi Chang, Yu Qiao, Han Deng, Huijun Yang, Ping He, Haoshen Zhou*,” A liquid electrolyte with de-solvated lithium-ions for lithium-metal battery”, Joule, 4, (2020), 1776-1786

(10) Yu Qiao, Han Deng, Ping He, Haoshen Zhou*, “A Rechargeable 500 Wh/kg Lithium-Metal Cell based on Anionic Redox”, Joule, 4, (2020), 1445-1458

专利：
（1） 郭少华，周豪慎，李翔； ”抑制锂金属表面产生锂枝晶的方法”； 2017年申请， ZL 2017 1 1308133.5; 2020年批准，CN 108063241 B

（2） 何平，刘一杰，周豪慎； “一种锂离子固体电解质及制备方法与应用”； 2018年申请， ZL 2018 1 0128024.3； 2020年批准，CN108365259 B

（3） 周豪慎，贺亦柏，常智，王鹏飞，何平； ”耐高温金属-有机框架材料涂层的电池隔膜及其制备方法和应用”；2018年申请， ZL 2018 1 1159850.0; 2021年批准，CN 109461873 B

（4） 何平，周豪慎，杨思勰，张帆； “基于锂离子固态电解质的海水提锂方法和装置”； 2018年申请， ZL 2018 1 0810779.1; 2021年批准，CN 10907791 B

（5） 何平，王义钢，杨金贵，周豪慎； “柔性提锂装置及提锂方法’’； 2021年申请， ZL 2021 1 1510468.1; 2022年批准，CN 114635166 B

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