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上海科技大学|于奕教授NC：揭示锂金属的室温原子结构和生长动力学
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上海科技大学|于奕教授NC：揭示锂金属的室温原子结构和生长动力学

上海科技大学|于奕教授NC：揭示锂金属的室温原子结构和生长动力学 科学材料站
2020-11-07
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导读：这项工作提出了一种简单而通用的直接在透射电镜中原位形成碱金属的方法。利用这种方法，我们已经在原子空间分辨率和毫秒时间分辨率下可视化了碱金属的生长。


文章信息

揭示锂金属的室温原子结构和生长动力学
第一作者：Chao Liang
通讯作者：于奕*
单位：上海科技大学

研究背景

碱金属的研究历史悠久，近年来最令人兴奋的是能量转换和储存。作为“圣杯”，锂金属被认为是电池阳极的最终选择，因为它具有最高的理论容量和最低的电化学电势。然而，对于碱金属，在原子水平上对它们的结构信息知之甚少。一个重要的原因是它们非常活泼，永远不能以元素的形式存在于空气中。到目前为止，真空或低温转移似乎是将碱金属样品带入显微镜进行观察的唯一可靠方法。然而，在转移过程中不能完全排除污染和降解。
此外，碱金属的电子束敏感性使高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)成像失效。直到最近，低温转移锂的原子级成像已有报道，室温成像是通过将锂嵌入石墨烯片实现的，而裸碱金属的直接室温原子分辨率成像从未得到证实。
更重要的是，在高时空分辨率下直接原位观察碱金属的生长还没有实现。锂金属微观结构中缺失的一环阻碍了对锂离子电池的进一步理解和发展。

文章简介

近日，上海科技大学于奕教授等在国际顶级期刊nature communications (影响因子：12.121)上发表题为“Unravelling the room-temperature atomic structure and growth kinetics of lithium metal”的研究工作。
在这项工作提出了一种简单和通用的方法在透射电子显微镜内原位形成碱金属。以碱金属盐为起始原料，以电子束为触发器，可以直接获得碱金属。利用这种方法，锂和钠金属的原子分辨率成像在室温下实现，碱金属的生长以毫秒级的时间分辨率在原子尺度上可视化。
此外，该工作观察揭示了锂金属在用于锂金属电池的石榴石型固体电解质上生长的模糊性。最后，该工作能够直接研究锂金属的物理接触特性及其表面钝化氧化层，这可能有助于更好地理解锂离子电池中的锂枝晶和固体电解质界面问题。

本文要点

要点一：这项工作提出了一种简单而通用的直接在透射电镜中原位形成碱金属的方法。利用这种方法，我们已经在原子空间分辨率和毫秒时间分辨率下可视化了碱金属的生长。

要点二：观察了碱金属的氧化，研究了表面氧化物组分的分布和形成。并且该方法在不同的实验中表现出很好的兼容性，在其他原位实验中的应用也是可以预见的。

要点三：作为实际应用，该工作澄清了锂金属电池用石榴石型固体电解质中锂金属生长的模糊性。另一方面，展示了一种直接研究锂金属及其表面钝化氧化层接触性能的方法。

文章链接

Unravelling the room-temperature atomic structure and growth kinetics of lithium metal
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19206-w

通讯作者介绍

于奕，物质科学与技术学院助理教授、研究员、课题组长(PI)
主要研究方向为像差校正电子显微技术在微观结构分析中的应用。迄今在国际学术期刊发表论文60余篇，引用5000余次。部分重要成果以第一作者在Science、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等领域顶尖期刊发表。
https://spst.shanghaitech.edu.cn/2018/0314/c2460a19006/page.htm


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