電池材料最新Nature:成像電子軌道

nanoCJ 2年前 (2021-06-09) 1681瀏覽

【引言】

如今，重型運輸和航空航天的電氣化對電池中電極材料的能量密度增加提出了更高的要求。而利用陰離子氧化還原反應則代表了一類可實現此目標的新興策略。然而，由于與氧化還原反應相關的電子軌道目前尚不能用標準實驗進行測量，關于O^2?/O^?氧氧化還原這一典型范例的有效性以及陰離子容量起源解釋的問題仍然困擾著相關研究的進一步發展。

【成果簡介】

有鑒于此，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Hasnain Hafiz、東北大學的Arun Bansil和卡內基梅隆大學的Venkatasubramanian Viswanathan（共同通訊作者）等人合作將高能X射線康普頓測量法和第一性原理建模相結合，展現了在可逆穩定陰離子氧化還原活動中起到關鍵作用的電子軌道可以被成像和可視化，并由此測定其特征和對稱性。研究發現，鋰離子濃度康普頓測量中的變化對電子波函數相十分敏感，并且具有靜電和共價鍵效應。作者認為，這一研究不僅有利于在原子尺度理解富鋰電池的工作方式，也為提升電池材料性能和設計新型電池開辟新的道路。2021年06月09日，相關成果以題為“Tomographic reconstruction of oxygen orbitals in lithium-rich battery materials”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 Li_xTi_0.4Mn_0.4O₂（LTMO）的康普頓測量