自石墨烯发现以来，单层与几层二维材料成为科学研究和产业应用的持续热点。1997年，Goodenough教授首次发现LiFePO₄（磷酸铁锂）材料在锂电池中有优异的性能，这种材料具有结构稳定、循环可逆性好、安全性能好、环境友好（无毒）等优点，已应用在电动汽车动力电池领域，例如比亚迪电动车的所谓“铁电池”用的正极材料就是LiFePO₄。

近日，在潘锋教授的指导下，北京大学深圳研究生院新材料学院2014级直博生刘同超和博士后冯炎聪等人与团队老师和同学合作，在学院前期研究基础上开展了对LiFePO₄新型方法的研究。在合成新型LiFePO₄的过程中，他们意外发现了一种全新只有单层/双层Fe₃(PO₄)₂·8H₂O二维材料，并实现了这种二维材料单双层的可控制备。通过实验和理论计算，他们全面揭示了单层/双层Fe₃(PO₄)₂·8H₂O二维材料的形成机理，即在H₂O/乙二醇/晶体界面为模板的可控外延生长。

单层双层Fe₃(PO₄)₂·8H₂O在H₂O乙二醇晶体界面为模板的可控外延生长二维材料的形成机理

这种新型二维材料与碳黑球磨后做正极材料展现出优异的电池性能——0.1C容量可以达到185mAh/g，在10C下循环400次容量仍能保持98%以上，以及20C大倍率充放电时仍有107mAh/g的容量。更有趣的是，在这种二维材料的充放电中，出现了5-10nm的LiFePO₄纳米晶晶体。该研究成果以“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”为题发表在最近一期的国际新能源材料顶级杂志Nano Energy上（doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.016，SCI影响因子10.3）。

该工作的合作者还包括学院兼职教授，如林原教授、美国伯克利国家实验室的Wangli Yang教授、美国阿贡实验室的Khalil Amine教授等。该项工作得到了国家电动汽车动力电池重大专项，广东省引进科技创新团队项目、深圳孔雀计划及深圳市科技创新基础项目等基金的支持。