自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，單層與幾層二維材料成為科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的持續(xù)熱點(diǎn)。1997年，Goodenough教授首次發(fā)現(xiàn)LiFePO₄（磷酸鐵鋰）材料在鋰電池中有優(yōu)異的性能，這種材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)可逆性好、安全性能好、環(huán)境友好（無毒）等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域，例如比亞迪電動(dòng)車的所謂“鐵電池”用的正極材料就是LiFePO₄。

近日，在潘鋒教授的指導(dǎo)下，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院2014級直博生劉同超和博士后馮炎聰?shù)热伺c團(tuán)隊(duì)老師和同學(xué)合作，在學(xué)院前期研究基礎(chǔ)上開展了對LiFePO₄新型方法的研究。在合成新型LiFePO₄的過程中，他們意外發(fā)現(xiàn)了一種全新只有單層/雙層Fe₃(PO₄)₂·8H₂O二維材料，并實(shí)現(xiàn)了這種二維材料單雙層的可控制備。通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，他們?nèi)娼沂玖藛螌?雙層Fe₃(PO₄)₂·8H₂O二維材料的形成機(jī)理，即在H₂O/乙二醇/晶體界面為模板的可控外延生長。

這種新型二維材料與碳黑球磨后做正極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能——0.1C容量可以達(dá)到185mAh/g，在10C下循環(huán)400次容量仍能保持98%以上，以及20C大倍率充放電時(shí)仍有107mAh/g的容量。更有趣的是，在這種二維材料的充放電中，出現(xiàn)了5-10nm的LiFePO₄納米晶晶體。該研究成果以“Formation of mono/bi-layer iron phosphate and nucleation  of LiFePO₄ nano-crystals  from amorphous 2D sheets in charge/discharge process for cathode in  high-performance Li-ion batteries”為題發(fā)表在最近一期的國際新能源材料頂級雜志Nano Energy上（doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.016，SCI影響因子10.3）。

該工作的合作者還包括學(xué)院兼職教授，如林原教授、美國伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的Wangli  Yang教授、美國阿貢實(shí)驗(yàn)室的Khalil  Amine教授等。該項(xiàng)工作得到了國家電動(dòng)汽車動(dòng)力電池重大專項(xiàng)，廣東省引進(jìn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳孔雀計(jì)劃及深圳市科技創(chuàng)新基礎(chǔ)項(xiàng)目等基金的支持。