孙传福

男， 中国科学院福建物质结构研究所， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2002/08—2006/07，山东师范大学，学士
2006/08—2011/07，中国科学院福建物质结构研究所，博士
2011/08—2016/07，美国马里兰大学帕克分校，博士后助理研究员
2016/08至今， 中国科学院福建物质结构研究所，课题组长、研究员、博士生导师

研究领域和兴趣

无机晶体材料、二次离子电池

主要业绩

申请人孙传福长期从事无机晶体材料的设计合成和二次离子电池方面的研究，以唯一通讯或第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Storage Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Nano Energy等发表论文50余篇，撰写科研书籍2章，授权国内外发明专利8项，主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、面上基金和青年基金项目、福建省杰出青年基金项目、福建省引导性项目、福建省自然科学基金面上项目等，获得中国科学院百篇优秀博士学位论文、中国科学院院长优秀奖、中国科学院海西研究院百人计划、福建省百人计划、福建省自然科学奖二等奖（2020年度，排名第二）等荣誉。已取得的代表性工作结果如下：
一、晶体材料设计合成方面的代表性工作：发展“多重极性结构基元协同诱导非中心对称晶体结构”策略设计合成二阶非线性光学晶体材料：（1）首次实现IO¬3与NbO6极性基团的协同极化作用，合成出第一例碘铌酸盐BaNbO(IO3)5晶体；该晶体具有高度非中心对称结构并实现了当时最高纪录的二阶非线性倍频效应（14倍于商业化KH2PO4晶体，J. Am. Chem. Soc., 2009, 9486-9487）。（2）利用IO3基元和VO6畸变八面体的协同极化效应，设计合成出4例碘钒酸钾新晶体；其中一例的倍频效应高达商业化KTP（KTiOPO4）的3.6倍（J. Am. Chem. Soc., 2011, 5561-5572）。该研究从分子和原子尺度上揭示了结构基元与晶体结构及非线性光学效应的构效关系，为功能导向晶态材料的设计合成提供了新思路。
二、二次离子电池方面的代表性工作：
1. 发展了晶态无机开放式框架结构钾/锌电池电极材料，通过离子取代、晶格空位、晶格水分子引入等策略来调控材料的体相结构，有效地解决了钾/锌电池存在的“材料晶格稳定性差”和“固态离子传输动力学缓慢”两大共性关键问题。结合材料结构的设计合成及电化学过程中的晶体结构演变等确立了材料晶体结构对电化学性能的作用规律，为探索低成本和高性能的离子电池新体系提供了一定的理论指导和材料支撑。包括（1）提出和论证了无机开放式框架结构钾离子电池负极新材料。框架结构KTiOPO4实现了低晶格膨胀率（9.5%，小于锂电池中石墨10%的膨胀）和钾离子快导体特性（离子扩散能垒0.15 eV，低于锂离子在钴酸锂/磷酸铁锂中的扩散能垒0.21/0.55 eV），同时克服了晶格不稳定和固态离子传输动力学缓慢的问题（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 16474-16479）。申请人进一步以KTiOPO4为结构基元，通过异原子不等价取代和晶格空位策略设计合成出新化合物K0.76V0.55Nb0.45OPO4。其不仅保留了原结构的钾离子快速迁移动力学，还实现了双功能特性（利用钒/铌氧化还原中心做为正/负极材料）、更低的晶格膨胀率（正极3.1%，负极7.1%）和18个月的超长循环寿命（Energy Storage Mater. 2021,10-16）。（2）将无机框架结构策略拓展到水系锌离子电池体系，提出晶格水富集无机框架结构锌电池正极材料概念，以解决锌电池存在的上述两大关键问题。设计合成的Zn0.5V2O4PO4·3.2H2O实现了零晶格膨胀特性和3000次长循环。材料中丰富的晶格水作为“分子润滑剂”有效屏蔽了锌离子与材料晶格间的库伦作用，实现了快速固态锌离子输运动力学和超快速充电（2分钟充电75%）。基于该正极的软包锌电池实现了远超铅酸、镍镉和镍锰电池的能量和功率密度（Adv. Mater. 2020,2003592）。
2. 国际上首次报道了高能量密度钾碲电池新体系（Energy Storage Mater. 2020,10-16，封面文章），并系统探索了包括硫/硒/碲的硫属正极材料体系、插层反应型二硫化钨和转化反应型铋负极材料（Energy Storage Mater. 2019,470-475；Chem. Sci. 2020,6045-6052；Chem. Sci. 2018, 6193-6198，封面文章和HOT Article；Chem. Sci. 2019,2604-2612，HOT Article）。
3. 锂离子电池电极材料的界面调控: 高比容量硅碳负极有望取代现有石墨而应用于锂电池，然而硅材料在Li+嵌入/脱出过程中经历~300%的大体积变化, 易引起硅材料破裂、硅碳分离和循环寿命短等关键问题。鉴于此，我们提出“材料表面晶格缺陷引入构筑牢固化学界面”策略，将含氧晶格缺陷引入碳材料表面，从原子尺度上构筑C-O-Si共价键组成的牢固C-Si化学界面来解决硅碳的结构稳定性问题。界面调控的Si-C负极材料展现出“径向呼吸”嵌/脱锂模式，实现了4倍于石墨的比容量和500次循环寿命。我们通过Si-C界面调控、原位电化学透射电镜、理论模拟、发展调控碳硅界面的紫外-臭氧化学等系统地研究了界面化学策略在解决高比容量材料的稳定性问题中的关键作用。（Sun et al. ACS Nano, 2013, 2717-2724; Nano Lett., 2015, 03-708; Nano Energy, 2013, 987-994）。美国能源网站Green Car Congress给予此工作高度评价“This could be a game changer if they can get it out of the Lab and into production”。该工作入选了“美国能源部纳米结构电化学储能中心”四年总结报告的封面。

代表成果

1. C. F. Sun, C. L. Hu, X. Xu, J. B. Ling, T. Hu, F. Kong, X. F. Long, and J. G. Mao*, BaNbO(IO3)5: A New Polar Material with a Very Large SHG Response, Journal of the American Chemical Society, 2009, 131, 9486–9487.
2. C. F. Sun, C. L. Hu, X. Xu, B. P. Yang, and J. G. Mao*, Explorations of New Second-Order NLO Materials in the Potassium Vanadyl Iodate System, Journal of the American Chemical Society, 2011, 133, 5561–5572.
3. C. F. Sun, J. Hu, P. Wang, X. Cheng, S. B. Lee* and Y. H. Wang*, Li3PO4 Matrix Enables a Long Cycle Life and High Energy Efficiency Bismuth-Based Battery, Nano Letters, 2016, 16, 5875-5882.
4. C. F. Sun, B. J. Glaz,* M. Okada, E. Baker III, X. Y. Cheng, S. P. Karna, and Y. H. Wang*, Blocking Oxidation Failures of Carbon Nanotubes through Selective Protection of Defects, Advanced Materials, 2016, 28, 6672–6679.
5. C. F. Sun, H. Zhu, M. Okada, Y. Inoue, L. Hu, and Y. H. Wang*, Interfacial Oxygen Stabilizes Composite Silicon Anodes, Nano Letters, 2015, 15, 703-708.
6. R. Zhang, J. Huang, W. Deng, J. Bao, Y. Pan, S. Huang, C. F. Sun*, Safe, Low-Cost, Fast-Kinetics and Low-Strain Inorganic-Open-Framework Anode for Potassium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019, 58, 16474-16479.
7. X. Yang#, W. Deng#, M. Chen, Y. Wang, C. F. Sun*, Mass-producible, quasi-zero-strain, lattice-water-rich inorganic open-frameworks for ultrafast-charging and long-cycling zinc-ion batteries，Advanced Materials, 2020, 32, 2003592.
8. J. Bao#, W. Deng#, J. Liu, C. F. Sun*, Ultrafast-kinetics, ultralong-cycle-life, bifunctional inorganic open-framework for potassium-ion batteries, Energy Storage Materials, 2021, 42, 806-814.
9. Q. Liu, W. Deng, C. F. Sun*, A potassium–tellurium battery， Energy Storage Materials, 2020, 28, 10-16.
10. Yao Guo, Yangjie Liu, Lihong Xu, Mujtaba Aminu Muhammad, Huiling Fang, Jiaqi Yu, Mengyao Tu, Xiang Hu, Chuan-Fu Sun*, and Zhenhai Wen*. Atomic-Level Defect Engineering Enables Hollow Ternary Molybdenum Phosphoselenide Nanospheres for Enhanced Sodium-Ion Storage. Chem. Eng. J. 2025, DOI: 10.1016/j.cej.2025.163354.

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