南开大学化学学院金钟

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金钟，南京大学教授，2008年获北京大学无机化学博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学和麻省理工学院进行博士后研究。2014年回国于南京大学担任教授。主要研究方向是能源材料的物理化学性质与机制，尤其是基于介观尺度无机和碳基电极材料的光/电化学能源转换与存储系统。已在Nature Commun.、JACS、ACS Nano、Nano Lett.、AM等学术期刊发表SCI论文90余篇，他引次数4000余次，H因子34。作为项目负责人主持国家重点研发计划“纳米科技”重点专项青年专题项目、JW国防创新特区项目、JW装备预研教育部联合基金青年人才基金、国家自然科学基金国际合作与交流项目、江苏省杰出青年基金等科研项目。获得了2018年江苏省教育科学研究成果奖二等奖（高校自然科学类，排名第一）、2017年教育部自然科学一等奖（排名第四）、江苏省首届创新争先奖状、江苏省双创人才、南京大学首届“双创之星”、2016年江苏省“六大人才高峰”高层次人才、2015年南京市领军型科创人才等奖励和荣誉。


姓　　名        金钟        
性　　别        男
出生年月        1973-09        
籍　　贯        江苏南京市辖区
学　　历        博士        
毕业院校        南开大学
职　　称        副研究员        
系所单位        元素有机化学研究所
通讯地址        天津市卫津路94号南开大学元素有机化学研究所108室
电 话        13821137138
电子邮件        zjin@nankai.edu.cn


研究领域        
1）均相催化（homogeneous catalysis），导向有机合成的金属有机化学（OMCOS）；
2）有机催化（organocatalysis）；
3）生物活性天然产物的合成
教育及科研经历        
2014-2015年 美国 The Scripps Research Institute访问学者
2005年 南开大学 化学学院 副教授
2003年 南开大学 元素有机化学研究所毕业，获理学博士学位
2002年 南开大学 留校任教
2000年 南开大学 元素有机化学研究所毕业，获理学硕士学位
1995年 南开大学 化学系毕业，获理学学士学位

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Nat. Commun.：纳米吸管的强毛细、化学吸附和电催化作用对柔性锂硫电池的影响

高能量密度和长循环寿命的柔性锂硫（Li-S）电池的发展，可以用在柔性的、轻便的和可穿戴器件上。但是，柔性Li-S电池的发展面临柔性差、含硫正极的电池容量衰减快。近日，中国南京大学的金钟等人，找到了一种独立的、柔性的硫主体，可以同时满足柔性、稳定性和电池中容量保持的要求。这种硫材料是碳纳米棒增强的CoS纳米吸管（CNTs/CoS-NSs）。CNTs/CoS-NSs具有较大的内部空间和较高的导电性，能够提高硫的负载量和效率。CNTs/CoS-NSs对硫的毛细效应和化学吸附作用，通过降低硫的穿梭效应，提高多聚硫的氧化还原动力学性能证明。Li-S电池中，负载硫的CNTs/CoS-NSs（S@CNTs/CoS-NSs）正极材料具有超高的储能性能，包括：高的放电比容量和倍率性能（在0.5 C时，比容量为1045 mAh·g-1；在5.0 C时，比容量为573 mAh·g-1）和循环性能。软包Li-S电池，采用S@CNTs/CoS-NSs正极材料时，弯曲时表现出良好的柔韧性和稳定性。

文章链接：Strong Capillarity, Chemisorption, and Electrocatalytic Capability of Crisscrossed Nanostraws Enabled Flexible, High-Rate, and Long-Cycling Lithium–Sulfur Batteries(ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/ acsnano. 8b01763)

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2018年10月17日，南京大学化学化工学院金钟教授访问内蒙古大学化工学院，并在桃李学术论坛做了题为“介观尺度电极材料的结构设计和能源应用”的专题报告。报告会由褚海斌教授主持，化学化工学院院长张军教授、副院长白凤华副教授、谷晓俊教授、王勤教授、刘国都研究员等多位教师与研究生参加了报告会。金钟教授围绕与清洁能源利用相关的光电化学过程、新型电极材料设计和物理与化学电源器件的性能优化等方面，重点介绍了他们课题组在新型太阳能电池、二次电池和人工光合作用催化系统等领域取得的重要研究进展。金教授的研究工作大胆创新；金教授的报告思维活跃，妙语连珠，吸引了在场师生的极大兴趣。报告之后大家纷纷提问，与金钟教授进行了深入的探讨。金钟，南京大学教授，2008年获北京大学无机化学博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学和麻省理工学院进行博士后研究。2014年回国于南京大学担任教授。主要研究方向是能源材料的物理化学性质与机制，尤其是基于介观尺度无机和碳基电极材料的光/电化学能源转换与存储系统。已在Nature Commun.、JACS、ACS Nano、Nano Lett.、AM等学术期刊发表SCI论文90余篇，他引次数4000余次，H因子34。作为项目负责人主持国家重点研发计划“纳米科技”重点专项青年专题项目、JW国防创新特区项目、JW装备预研教育部联合基金青年人才基金、国家自然科学基金国际合作与交流项目、江苏省杰出青年基金等科研项目。获得了2018年江苏省教育科学研究成果奖二等奖（高校自然科学类，排名第一）、2017年教育部自然科学一等奖（排名第四）、江苏省首届创新争先奖状、江苏省双创人才、南京大学首届“双创之星”、2016年江苏省“六大人才高峰”高层次人才、2015年南京市领军型科创人才等奖励和荣誉。

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南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室、江苏省先进有机材料重点实验室金钟教授带领的“清洁能源材料与器件”研究团队在新型可充电镁二次电池方面取得新进展，相关成果最近以“One-Step Synthesis of 2-Ethylhexylamine Pillared Vanadium Disulfide Nanoflowers with Ultralarge Interlayer Spacing for High-Performance Magnesium Storage”为题发表在Advanced Energy Materials上，文章链接为https://doi.org/10.1002/aenm.201900145。

镁电池具有理论容量大、安全性高、环境友好、原料成本低等优点，是一种在大规模储能方面很有前途的电化学储能器件。然而，由于带两个正电荷的二价镁离子的半径小，极性大，溶剂化作用强，使其在正极材料中的嵌入/脱出动力学行为较为缓慢，故可用于镁离子存储的正极材料很少。另外，由于金属镁在很多溶剂中会生成钝化膜，且该钝化膜是镁离子的不良导体，因此寻找具有良好可逆沉积镁的能力、宽的电化学窗口、且能够与正负极材料兼容的电解液体系也非常重要。

为了解决上面的问题，在该研究工作中，采用了通过离子液体改善的基于Mg(HMDS)2-4MgCl2/THF电解液，表现出良好的可逆沉积镁性能、更宽的电化学窗口以及提升的热稳定性。同时，通过便捷的一步液相法合成了一种有机胺分子插层使得层间距扩大的二硫化钒纳米花，作为镁电池正极材料时，能够与该电解液很好的兼容，并表现出很好的电化学储镁能力。由于有机胺分子的插入可以有效地拓宽离子通道，为活性镁物种的插入提供更多的活性位点，并且能够有效屏蔽活性镁物种与正极材料晶格阴离子之间的静电作用力，促进离子传输。同时，有机胺分子作为“支撑柱”有益于保持正极材料的结构完整性。因此，该层间距扩大的二硫化钒正极表现出了优异的电化学储镁性能。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、江苏省双创人才计划等项目的资助。

图1. 有机胺分子插层的VS2合成示意图以及形貌、结构和成份表征。

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高度有序的纳米线结构，例如定向排列的纳米线阵列、分叉的纳米线结和交联纳米线网络等，在逻辑电路、光电器件和透明电极等领域具有巨大的应用前景。然而，目前仍然缺乏高晶体质量、有序取向的纳米线分叉结和交联网络的有效构筑方法。
        南京大学金钟教授带领的先进能源材料与器件研究团队采用化学气相沉积法，利用衬底与Bi2S3的晶面匹配，成功在云母衬底上诱导并外延生长了高度有序排列的Bi2S3半导体纳米线分叉结和交联网络。

        该团队通过纳米线“顶端-躯干”组装，成功实现了Bi2S3半导体纳米线分叉结和交联网络的可控生长和定向排列。此外，研究人员利用透射电镜详细研究了交联纳米线的晶体结构并建立了对应的原子模型，揭示了其基于晶面匹配的诱导生长机理和生长过程中的结构演变过程。
        由于Bi2S3纳米线的高晶体质量和直接带隙等特性，单根Bi2S3纳米线的光电探测器表现出优异的光电响应。而且通过制备纳米线分叉结的三终端器件，验证了纳米线结处流畅的载流子传输，为纳米线交联网络器件提供有利条件。最后，研究人员制备了基于纳米线交联网络的柔性光电探测器，即使在经过1000次弯曲后，也表现出很小的光电流衰减。该工作为如何可控构建半导体纳米线的有序阵列及如何规则组装低维纳米结构的交叉网络提供新的思路。

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硅基负极锂离子电池具有比容量高、工作电位低、环境友好、储量丰富等诸多优点，被认为是未来最有希望取代商用石墨负极的电极材料之一。但是，在充放电过程中，硅材料巨大的体积变化极大缩短了硅负极锂离子电池的工作寿命；此外，硅材料本身较差的电子传导特性也严重制约着电池的倍率性能。当前解决此问题的策略主要从两方面着手：一是通过硅材料的降维处理来释放充放电过程中产生的应力；另一方面通过将硅材料与具有良好导电性能的材料如碳复合，从而提升其倍率性能。通常情况下实现上述目标都是分多步进行，从而增加了合成成本。因此，开发便捷的方法实现低维硅碳复合材料的制备具有极大意义。

       盐城工学院孙林、南京大学金钟、常州大学陈若愚团队基于简易的氧化还原反应，制备了Ag纳米粒子修饰二维SiOx/C纳米复合材料（SiOx/C-Ag）。在该设计中，衍生自Zintl相硅化钙表面氢钝化的硅纳米片（Si6H6）被发现可以与AgNO3-苯胺络合物稳定反应。Ag+作为氧化剂能在温和溶液条件下将Si-1转化为Si0或更高价态的SiOx，并且通过Ag+与苯胺的络合有效避免了AgCl副产物的形成，苯胺作为络合剂同时也可以作为碳源对SiOx表面进行碳包覆。该设计主要优点如下：首先，二维结构可以加速锂离子和电子的传输并释放体积变化产生的应力；其次，源自苯胺热解的碳可以充当导电骨架，并为电子提供迁移路径，从而可以改善SiOx基负极的整体性能；最后，该反应简化了包碳工艺，能显著降低合成成本。SiOx/C-Ag电极即使在0.6 A•g-1的电流密度下，循环500圈后容量仍能达到550 mA•h•g-1并且无容量衰减。本研究将为合理设计和制造用于高性能锂离子电池的低维硅碳负极材料提供新的思路。
       文章信息：Jie Xie, Lin Sun*, Yanxiu Liu, Xinguo Xi, Ruoyu Chen* & Zhong Jin*. SiOx/C-Ag nanosheets derived from Zintl phase CaSi2 via a facile redox reaction for high performance lithium storage. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3491-z.

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4月7日下午，华为公司难题揭榜“火花奖”南京大学颁奖典礼在南京举行，我校10位学者荣获10项“火花奖”。我院金钟教授荣获该奖项。中国科学院院士、南京大学校长谈哲敏和华为公司董事、2012实验室主任查钧为获奖者颁发了奖状和获奖证书。
       习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时强调，应对国际科技竞争、实现高水平自立自强，推动构建新发展格局、实现高质量发展，迫切需要我们加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题。南京大学和华为公司积极响应习总书记的号召，坚持科技自立自强，非常重视基础研究，双方的研究合作深入且广泛。
        自2021年11月起，华为公司把产业中兼具科学价值和应用价值的挑战难题面向全社会发布，鼓励高校和科研机构踊跃揭榜。迄今为止，已经涌现出数百位高校老师踊跃揭榜，收获了很多有价值的智慧火花，其中有些非常好的创新思路，具备解决挑战难题的潜力。为表彰和感谢这批对产业界和科学界做出重大贡献的老师，华为公司特设立“火花奖”。
         本次南京大学获得10项火花奖，其中9项来自计算机和人工智能研究领域，我院金钟教授是唯一一位来自基础化学和能源材料研究领域的获奖者，从一个角度体现出南京大学化学化工学院师生践行习近平总书记关于“加强基础研究，从源头和底层解决关键技术问题”的重要指示精神，夯实发挥基础研究优势、创新实现关键技术突破，为我国高水平科技自立自强做贡献初见成效。
         金钟教授现任南京大学天长新材料与能源技术研发中心主任。2003年和2008年分别获得北京大学化学与分子工程学院学士和博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学和麻省理工学院进行博士后研究。2014年起任教于南京大学，先后入选2项国家级青年人才计划项目、国家级科技创新领军人才，并于2021-2022连续两年入选了Clarivate全球高被引科学家和Elsevier中国高被引学者。

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可充电镁离子电池（RMBs）因其丰富的镁资源、高理论比容量（镁负极为3833 mAh cm-3）和相对较低的金属镁还原电位（-2.4 V相对于SHE）而备受关注。然而，传统的有机电解质通常会在镁负极表面上形成绝缘和钝化层，从而导致使用寿命较短。此外，大多数有机电解质存在因为毒性和易燃性而引发的环境和安全问题。因此，人们的注意力开始转向水系电池体系。水系电解质因其低成本、离子传导性强和生态友好等优点而成为有机电解质的替代品。然而，水系镁离子电池（ARMB）的开发仍然面临着巨大的挑战，其根源在于传统水性电解质的电化学稳定性窗口（ESW）有限，而且伴随着很多种副反应的发生。这些副反应大多由活性材料与水分子之间发生并会导致电极材料溶解或分解，导致电解质与电极兼容性不佳，从而降低电化学性能。因此开发新型水系电池电解质以及探索电解液成分与界面兼容性的关系值得进一步研究。
        近日，南京大学化学化工学院金钟、马晶教授设计了一种新型三元共晶电解质，该电解质由MgCl6·6H2O、尿素和乙酰胺三个固体混合而成，在不加入任何水作为溶剂的情况下形成室温液体即共晶电解液。三元共晶电解质是由MgCl6·6H2O和尿素以摩尔比1:6混合成为共晶之后再引入乙酰胺作为尿素的配位竞争者，将尿素挤出第一溶剂化壳层并与水通过氢键作用形成网络，从而进一步降低水分的含量扩大了电化学窗口。进一步地，我们为优化的电解质MAU117搭配了六氰基铁酸铜（CuHCF）作为正极，负极采用Na+和Mn2+共嵌入的V8O20（Mn-NVO）材料。为了探索Mn-NVO负极材料在制备的三元共晶电解质MAU117中的Mg2+储存机制，我们进行了一系列的非原位表征，结果表明在循环过程中的储镁机制为Mg2+在层状Mn-NVO材中的嵌入/脱出机制。与传统的水性电解质1 M MgCl2/H2O不同，我们的研究结果发现，Mn-NVO在三元共晶电解质中电化学性能的提高与Mn-NVO电极上形成的固体电解质界面（SEI）有关。X射线光电子能谱（XPS）深度分析SEI是由氯化镁和有机物组成的并在整个充放电过程中表现出动态的吸附/解吸行为，我们在本研究中将这种现象称为“呼吸效应”。因此，与MAU117匹配的Mn-NVO负极在电流密度为100 mA g-1的条件下具有191.6 mA h g-1的高容量，在500 mA g-1高电流密度的条件下具有110.2 mA h g-1的良好倍率能力。当与CuHCF正极耦合时，Mn-NVO||CuHCF全电池也具有良好的速率能力和稳定的循环性能。综上，这项研究表明，合理电解液设计在促进形成有利的SEI方面的关键作用，这可以显著提高电极材料与电解液之间的兼容性，从而推动水系多价离子电池的发展。

图1. 设计的新型镁离子共晶电解质的合成以及不同成分共晶电解质的基本性质表征。（a）按不同摩尔比nMg2+ : nacetamide : nurea制备的共晶电解质（MAU106 1:0:6；MAU117 1:1:7；MAU126 1:2:6；MAU135 1:3:5）的照片。乙酰胺、尿素、MAU106、MAU117、MAU126和MAU135的（b）拉曼光谱和（c）傅立叶变换红外光谱。MAU106、MAU117、MAU126 和 MAU135 电解质的（d）离子传导性和粘度比较以及（e）它们的DSC数据。（f）制备的MAU106、MAU117、MAU126和MAU135电解质的LSV曲线。插图为[-0.6 V, 0.5 V]和[3.6 V, 4.2 V]范围的放大区域。

        本文首先发现MgCl6·6H2O、尿素只能以1:6的摩尔比例生成无额外水作为溶剂的共晶电解质。为了进一步降低该体系中的水分含量，作者引入与镁离子配位更具优势的乙酰胺到该体系。通过溶剂化竞争策略，引入的乙酰胺进入与镁离子配位的第一溶剂化鞘层并将尿素分子挤出，促进自由的尿素分子与水分子相互作用形成氢键网络从而降低体系熔点、进一步降低电解质中水分含量并拓宽电化学窗口。
       用优化后的MAU117作为电解质，锰掺杂的钒酸钠（Mn-NVO）作为负极，在100 mA g-1电流密度下具有191.6 mAh g-1的高可逆放电容量，在500 mA g-1电流密度下具有110.2 mAh g-1的高倍率性能。当以铜普鲁士蓝（CuHCF）作为正极搭建水系镁离子全电池时，CuHCF||Mn-NVO全电池在1000 mA g-1电流密度下具有优异的倍率性能以及800次循环的高稳定性。
        测试发现，CuHCF正极与MAU117共晶电解质和1 M MgCl2/H2O水系电解液均具有较好的循环稳定性。但是Mn-NVO负极与这两个电解质却有着电化学性能的显著差异。因此本文通过一系列表征手段分析Mn-NVO电极表面在MAU117共晶电解质不同充放电状态下的成分分析。结果发现电极在充电状态下由于吸附电解质而产生较厚的SEI层，并在进一步的放电状态下SEI变薄，在进一步的充电状态下又变厚。因此，作者将SEI在充放电过程中的吸附/去吸附过程称之为呼吸效应。XPS深度分析验证了SEI的成分主要由吸附的MgCl2,尿素和乙酰胺成分组成。为了对比，作者验证了Mn-NVO电极表面在1 M MgCl2/H2O中不含有界面成分。说明SEI层的形成对于电极/电解质的兼容性起到关键作用。
        该研究成果以“Ternary Eutectic Electrolyte-Assisted Formation and Dynamic Breathing Effect of the Solid-Electrolyte Interphase for High-Stability Aqueous Magnesium-Ion Full Batteries”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊，全文链接 h https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c00227。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金、江苏省科技成果转化专项资金、南京市国际联合研发项目、苏州市姑苏领军人才计划等项目的资助。