中國(guó)粉體網(wǎng)訊 9月6日，廈門(mén)大學(xué)廖洪鋼教授、孫世剛院士，與北京化工大學(xué)陳建峰院士，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室徐桂良、Khalil Amine研究員團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature雜志上發(fā)表了題為“Visualizing Interfacial Collective Reaction Behaviour of Li-S Batteries”的最新研究成果。該項(xiàng)成果基于自主研發(fā)建立的高時(shí)空分辨電化學(xué)原位液相透射電子顯微系統(tǒng)(EC-TEM)，對(duì)鋰硫電池界面反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了深入研究，首次發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池電荷儲(chǔ)存聚集反應(yīng)新機(jī)制。
同期，Nature 還以Research Briefing形式對(duì)該成果進(jìn)行了科普性報(bào)道。
《自然》雜志副主編Yohan Dall’Agnese評(píng)價(jià)該工作：
這篇論文很引人注目，因?yàn)樽髡呓沂玖虽嚵螂姵刂幸粋�(gè)完全意想不到的儲(chǔ)能機(jī)制�？紤]到這種類型的電池已經(jīng)被廣泛研究了幾十年，這是一個(gè)極為罕見(jiàn)的情況。這些觀察結(jié)果得益于令人印象深刻的高分辨率原位透射電子顯微鏡的發(fā)展，它們將有助于改進(jìn)下一代電池。
同行專家對(duì)這項(xiàng)工作高度評(píng)價(jià)：
這項(xiàng)工作填補(bǔ)了如何將高能量、低成本鋰硫電池商業(yè)化的巨大知識(shí)空白。作者的成像結(jié)果解決了關(guān)于多硫化物穿梭效應(yīng)的起源和演化，以及這些電池中界面反應(yīng)的緩慢動(dòng)力學(xué)的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，并證實(shí)了電極表面結(jié)構(gòu)對(duì)這些過(guò)程的影響。該結(jié)果對(duì)于電池和電子顯微鏡研究都具有重要意義。
重要發(fā)現(xiàn)：鋰硫電池電荷儲(chǔ)存聚集反應(yīng)行為
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在鋰硫電池中存在著獨(dú)特的界面反應(yīng)機(jī)制，即引入金屬納米團(tuán)簇活性中心的表面誘導(dǎo)多硫化鋰（LiPSs）集聚和電荷儲(chǔ)存，導(dǎo)致從LiPSs富集相瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)的Li2S納米晶。這一發(fā)現(xiàn)不同于傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，后者遵循LiPSs逐步轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2S2和Li2S的經(jīng)典途徑。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)了活性中心與LiPSs分子之間的長(zhǎng)程靜電作用導(dǎo)致界面分子聚集體的形成以及電極界面的集體電子轉(zhuǎn)移。
重大意義：鋰硫電池電荷儲(chǔ)存聚集反應(yīng)新機(jī)制
這項(xiàng)成果發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池全新的界面反應(yīng)過(guò)程。不同于傳統(tǒng)GCS模型所涉及的單個(gè)分子的擴(kuò)散、吸附和轉(zhuǎn)化等過(guò)程，鋰硫電池電荷儲(chǔ)存聚集反應(yīng)新機(jī)制從原子/分子尺度揭示了金屬活性中心與LiPSs之間的長(zhǎng)程相互作用、LiPSs聚集體的形態(tài)、集體電荷儲(chǔ)存和Li2S瞬時(shí)結(jié)晶等過(guò)程。
未來(lái)，基于電荷儲(chǔ)存聚集反應(yīng)新機(jī)制將從全新角度推進(jìn)鋰硫電池電極材料和體系的設(shè)計(jì)和研發(fā)，促進(jìn)高比能、高功率、快充鋰硫電池的發(fā)展。這一在鋰硫電池體系中觀察到的集體電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)行為最近也在其他電化學(xué)體系中觀察到。
走近廖洪鋼和他的科研世界
廖洪鋼，廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、福建閩江學(xué)者特聘教授。主要研究方向包括原位電鏡設(shè)備研發(fā)、原位液體透射電鏡技術(shù)應(yīng)用等。長(zhǎng)期致力于開(kāi)展原位液體透射電鏡的原創(chuàng)性研究，并運(yùn)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高分辨率的實(shí)時(shí)原位觀察納米晶體在溶液中的成核生長(zhǎng)及形貌演變過(guò)程。
他的研究成果多次發(fā)表在Science、Nature等國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)刊物上，被報(bào)道和評(píng)論為“塑造納米晶體的未來(lái)”“顛覆了一百多年來(lái)對(duì)晶體生長(zhǎng)規(guī)律的認(rèn)知”“新機(jī)制助力下一代電池研發(fā)”。
廖洪鋼：如果想造船，就應(yīng)該先激發(fā)自己對(duì)大海的渴望
每天像上了發(fā)條的機(jī)器一樣早起投入科研;為了觀測(cè)到某個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不分晝夜地在小黑屋里做實(shí)驗(yàn);步入前無(wú)古人的原位電鏡領(lǐng)域，頂著巨大的壓力摸黑探索，甘坐多年冷板凳……當(dāng)被問(wèn)到多年來(lái)支撐自己在科研道路上行而不輟的動(dòng)力時(shí)，這位剛從實(shí)驗(yàn)室的忙碌中抽身出來(lái)、還來(lái)不及擦汗的教授笑著說(shuō)道：“內(nèi)驅(qū)力是一個(gè)人前進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)”。
廖洪鋼在實(shí)驗(yàn)室工作中
“我想證明我所看到的�！弊畛跻I(lǐng)廖洪鋼走上原位電鏡這個(gè)前沿研究領(lǐng)域的，僅僅是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的念頭。彼時(shí)還在廈大化院讀研究生的他，在納米材料合成研究中觀察到了納米顆粒長(zhǎng)成的不同形貌——一會(huì)兒是一顆五角星，一會(huì)兒又可以是一朵花。科研的入口常常被給予一個(gè)奇妙的命名——好奇心，懷著探索未知的本能，廖洪鋼和同學(xué)用電子顯微鏡去拍攝納米材料的形狀，發(fā)表論文試圖去澄清其中的機(jī)制，引來(lái)了意料之中如浪潮般的否定與質(zhì)疑。
“任何極具創(chuàng)新性的研究的早期，都是很難被理解的”。廖洪鋼在回憶研究初期遭到的困難與質(zhì)疑時(shí)，有些無(wú)奈地笑笑，但眼神卻是發(fā)亮的。因?yàn)楸藭r(shí)那些反對(duì)和質(zhì)疑的聲音并沒(méi)有打擊到他的科研熱情，反而激發(fā)了他揭示這些物質(zhì)合成機(jī)制的動(dòng)力。當(dāng)時(shí)，世界上甚至還沒(méi)有一個(gè)叫原位電鏡的領(lǐng)域可以去實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，但科研的熱情被年少的沖動(dòng)點(diǎn)燃，此后經(jīng)年執(zhí)著燃燒，逐漸長(zhǎng)成了他心里一座不眠的火山。
廈門(mén)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合影（前排左一為孫世剛，左二為廖洪鋼）
扛著“博士可能畢不了業(yè)”的沉重壓力，廖洪鋼和團(tuán)隊(duì)數(shù)十年如一日聚焦原位電鏡技術(shù)開(kāi)發(fā)，破除種種技術(shù)障礙，開(kāi)展從0到1的探索，開(kāi)拓并實(shí)現(xiàn)了將光、電、熱、力等外場(chǎng)引入原位/工況高時(shí)空分辨研究，并在化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
參考來(lái)源：化學(xué)與材料科學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！
