中国粉体网讯 9月6日，厦门大学廖洪钢教授、孙世刚院士，与北京化工大学陈建峰院士，美国阿贡国家实验室徐桂良、Khalil Amine研究员团队合作，在国际顶级学术期刊Nature杂志上发表了题为“Visualizing Interfacial Collective Reaction Behaviour of Li-S Batteries”的最新研究成果。该项成果基于自主研发建立的高时空分辨电化学原位液相透射电子显微系统(EC-TEM)，对锂硫电池界面反应过程进行了深入研究，首次发现了锂硫电池电荷储存聚集反应新机制。
同期，Nature 还以Research Briefing形式对该成果进行了科普性报道。
《自然》杂志副主编Yohan Dall’Agnese评价该工作：
这篇论文很引人注目，因为作者揭示了锂硫电池中一个完全意想不到的储能机制。考虑到这种类型的电池已经被广泛研究了几十年，这是一个极为罕见的情况。这些观察结果得益于令人印象深刻的高分辨率原位透射电子显微镜的发展，它们将有助于改进下一代电池。
同行专家对这项工作高度评价：
这项工作填补了如何将高能量、低成本锂硫电池商业化的巨大知识空白。作者的成像结果解决了关于多硫化物穿梭效应的起源和演化，以及这些电池中界面反应的缓慢动力学的长期争论，并证实了电极表面结构对这些过程的影响。该结果对于电池和电子显微镜研究都具有重要意义。
重要发现：锂硫电池电荷储存聚集反应行为
研究团队发现在锂硫电池中存在着独特的界面反应机制，即引入金属纳米团簇活性中心的表面诱导多硫化锂（LiPSs）集聚和电荷储存，导致从LiPSs富集相瞬时转变为非平衡态的Li2S纳米晶。这一发现不同于传统的电化学反应过程，后者遵循LiPSs逐步转化为Li2S2和Li2S的经典途径。分子动力学模拟证实了活性中心与LiPSs分子之间的长程静电作用导致界面分子聚集体的形成以及电极界面的集体电子转移。
重大意义：锂硫电池电荷储存聚集反应新机制
这项成果发现了锂硫电池全新的界面反应过程。不同于传统GCS模型所涉及的单个分子的扩散、吸附和转化等过程，锂硫电池电荷储存聚集反应新机制从原子/分子尺度揭示了金属活性中心与LiPSs之间的长程相互作用、LiPSs聚集体的形态、集体电荷储存和Li2S瞬时结晶等过程。
未来，基于电荷储存聚集反应新机制将从全新角度推进锂硫电池电极材料和体系的设计和研发，促进高比能、高功率、快充锂硫电池的发展。这一在锂硫电池体系中观察到的集体电子转移反应行为最近也在其他电化学体系中观察到。
走近廖洪钢和他的科研世界
廖洪钢，厦门大学化学化工学院教授、博士生导师、福建闽江学者特聘教授。主要研究方向包括原位电镜设备研发、原位液体透射电镜技术应用等。长期致力于开展原位液体透射电镜的原创性研究，并运用该技术实现了高分辨率的实时原位观察纳米晶体在溶液中的成核生长及形貌演变过程。
他的研究成果多次发表在Science、Nature等国际顶尖学术刊物上，被报道和评论为“塑造纳米晶体的未来”“颠覆了一百多年来对晶体生长规律的认知”“新机制助力下一代电池研发”。
廖洪钢：如果想造船，就应该先激发自己对大海的渴望
每天像上了发条的机器一样早起投入科研;为了观测到某个实验现象不分昼夜地在小黑屋里做实验;步入前无古人的原位电镜领域，顶着巨大的压力摸黑探索，甘坐多年冷板凳……当被问到多年来支撑自己在科研道路上行而不辍的动力时，这位刚从实验室的忙碌中抽身出来、还来不及擦汗的教授笑着说道：“内驱力是一个人前进的发动机”。
廖洪钢在实验室工作中
“我想证明我所看到的。”最初引领廖洪钢走上原位电镜这个前沿研究领域的，仅仅是这样一个简单的念头。彼时还在厦大化院读研究生的他，在纳米材料合成研究中观察到了纳米颗粒长成的不同形貌——一会儿是一颗五角星，一会儿又可以是一朵花。科研的入口常常被给予一个奇妙的命名——好奇心，怀着探索未知的本能，廖洪钢和同学用电子显微镜去拍摄纳米材料的形状，发表论文试图去澄清其中的机制，引来了意料之中如浪潮般的否定与质疑。
“任何极具创新性的研究的早期，都是很难被理解的”。廖洪钢在回忆研究初期遭到的困难与质疑时，有些无奈地笑笑，但眼神却是发亮的。因为彼时那些反对和质疑的声音并没有打击到他的科研热情，反而激发了他揭示这些物质合成机制的动力。当时，世界上甚至还没有一个叫原位电镜的领域可以去实现这个过程，但科研的热情被年少的冲动点燃，此后经年执着燃烧，逐渐长成了他心里一座不眠的火山。
厦门大学研究团队合影（前排左一为孙世刚，左二为廖洪钢）
扛着“博士可能毕不了业”的沉重压力，廖洪钢和团队数十年如一日聚焦原位电镜技术开发，破除种种技术障碍，开展从0到1的探索，开拓并实现了将光、电、热、力等外场引入原位/工况高时空分辨研究，并在化学、材料科学、生命科学等领域得到广泛应用。
参考来源：化学与材料科学、厦门大学、固体表面物理化学国家重点实验室
（中国粉体网编辑整理/昧光）
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