上科大物质学院于奕课题组在碱金属的室温原子结构研究中取得突破

我校物质科学与技术学院于奕课题组在碱金属的室温原子结构研究中取得重要进展。研究工作以Unravelling the room-temperature atomic structure and growth kinetics of lithium metal为题，于10月23日在国际知名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上在线发表，并被Nature Communications期刊评选为编辑亮点(Editors’ Highlights)推荐论文。文章发表后迅速得到关注，《自然》（Nature）于10月29日发表了题为How to make violently reactive metals and watch them grow的研究亮点（Research Highlight）评论文章，对于奕课题组的研究工作给予积极评价。

碱金属被广泛应用在生物医药和新能源电池等领域。众所周知，碱金属具有极其活泼的化学特性，可以与空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气发生反应，在室温空气环境下不能稳定存在。这一特性给碱金属的本征结构及其基本性质的研究带来很大困难。

想要观察碱金属的微观结构，需要在隔绝空气的条件下把碱金属转移进入显微镜系统，比如具有原子级分辨能力的透射电子显微镜。这种转移的过程不仅复杂，而且无法完全保证严格的环境隔绝。即便转移进入显微镜中，碱金属也极易受到电子辐照发生结构损伤导致无法观测其原始结构。目前最好的办法只能是借鉴生物冷冻电镜领域的方法，将碱金属样品冷冻起来进行转移和观察，所得到的是低温下的结构信息。室温条件下的原子成像仍是难题。

于奕课题组致力于电子束辐照敏感材料的微观结构研究。近期，课题组发展了一种简单有效、能在电子显微镜中原位产生碱金属并观察其生长过程的新方法。利用高能电子束轰击含碱金属元素的材料，可以使得材料发生分解并且碱金属直接以单质的形式还原出来。这一办法比传统碱金属生产的多步反应法来得简单，同时提供了在显微镜中原位观察其本征结构的可能性。运用低剂量像差校正成像手段，课题组成功揭示了金属锂和钠的室温原子结构，对其动态生长过程进行了高时空分辨率的成像研究。在此基础上，进一步对碱金属的氧化问题、物理接触性能进行了探索。作为世界上最轻的金属，锂金属被认为是下一代锂离子电池的关键负极材料。该研究工作所涉及的锂金属微观结构、形貌与接触性能的研究有望为锂离子电池的微观机理理解提供帮助。

图丨碱金属在电子显微镜中的原位产生及其原子成像

在本研究中，于奕课题组2016级硕博连读研究生梁超为论文第一作者，于奕教授为通讯作者，上海科技大学为唯一完成单位。于奕课题组博士后张洵和物质学院刘巍课题组参与研究并给予重要支持，物质学院2015级本科生吴佳亿、电镜中心工程师刘为燕也参与了此项研究。电子显微研究工作的开展得到了Osamu Terasaki教授的鼓励和物质学院电镜中心的大力支持。该研究工作得到了上海科技大学研究启动基金、国家自然科学青年基金、上海市自然科学基金的支持。

Nature Communications论文链接：

https://www.网址未加载/articles/s41467-020-19206-w

Nature Communications编辑亮点链接：

https://www.网址未加载/collections/wtpqpqpgwd

Nature研究亮点文章链接：

https://www.网址未加载/articles/d41586-020-03029-2

供 稿 于 奕

排 版 刘 颖

编 辑 高 瑄

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