2月29日，國家自然科學基金委員會發(fā)布2023年度中國科學十大進展。廈門大學化學化工學院、固體表面物理化學國家重點實驗室廖洪鋼教授（超新芯科技總經(jīng)理）、孫世剛院士團隊和北京化工大學陳建峰等研究成果“發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應新機制”入選。
廖洪鋼教授（左）參加2023年度中國科學十大進展發(fā)布會并代表團隊領獎
發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應機制
電化學原位透射電子顯微鏡技術研究鋰硫電池界面反應
鋰硫電池具有極、高的能量密度（理論值：2600 Wh kg-1）和較低的成本，然而受限于傳統(tǒng)原位表征工具的時空分辨率及鋰硫體系的不穩(wěn)定性和環(huán)境敏感性等因素，在原子/納米尺度上對鋰硫電池界面反應的理解尚不深入。廈門大學廖洪鋼、孫世剛和北京化工大學陳建峰等采用CHIPNOVA（超新芯）透射電鏡液體電化學原位系統(tǒng)，耦合真實電解液環(huán)境和外加電場，實現(xiàn)對鋰硫電池界面反應原子尺度動態(tài)實時觀測和研究。發(fā)現(xiàn)電池活性材料表面分子聚集成為分子團進行反應，電荷轉移可以首先存儲在聚集分子團中，分子團得到電子但不會發(fā)生轉化，直到獲得足夠電子后瞬時結晶轉化。而沒有活性的材料表面遵循經(jīng)典的單分子反應途徑，多硫化鋰分子逐步轉化為Li2S。模擬計算表明，活性中心與多硫化鋰之間的靜電作用促進了Li+和多硫分子的聚集，證實分子聚集體中的電荷可以自由轉移。近百年來，電化學界面反應通常被認為僅存在“內球反應”和“外球反應”單分子途徑。該研究揭示了電化學界面反應存在第三種“電荷存儲聚集反應”機制，加深了對多硫化物演變及其對電池表界面反應動力學影響的認識，為下一代鋰硫電池設計提供指導。
以上來源：中國科學院院刊、廈大化學化工學院
廖洪鋼 教授
廈門大學
科研工作介紹：開發(fā)多種原位電鏡芯片反應器及系統(tǒng)，將液體、氣體引入電子顯微鏡并與電、熱、光、力等外場相結合，實現(xiàn)原子尺度實時成像、價態(tài)等動態(tài)反應過程信息獲取，為化學、材料基礎研究及應用提供了一個新的微觀視角。實時觀察研究了溶液中多種納米晶的成核生長及形貌演變過程，革新了納米晶生長規(guī)律的認識，被報道為“塑造納米晶體的未來”，“改變了一百多年來對晶體生長規(guī)律的認知”。近百年來電化學界面反應通常被認為僅存在“內球反應”和“外球反應”單分子途徑，電化學反應的原位研究在原子/分子尺度揭示了電極表面分子、離子的聚集形態(tài)、電子轉移反應過程，發(fā)現(xiàn)電化學界面反應存在第三種“電荷存儲聚集反應”機制，為下一代電池設計提供指導。
“中國科學十大進展”遴選活動旨在宣傳我國重大基礎研究科學進展，激勵廣大科技工作者的科學熱情，開展基礎研究科學普及，促進公眾了解、關心和支持基礎研究，在全社會營造濃厚的科學氛圍。自2005年啟動以來，已成功舉辦18屆。“中國科學十大進展”遴選活動堅持由第三方推薦的原則，并由基礎研究領域的高水平專家學者廣泛參與投票，確保遴選結果的公正性和代表性。歷年入選進展較為全面地記錄了我國基礎科學研究的重要成果，得到了社會各界廣泛關注，已成為盤點我國基礎研究領域年度重大科學成果的品牌活動。
2023年度第19屆“中國科學十大進展”遴選活動由國家自然科學基金委員會主辦，國家自然科學基金委員會高技術研究發(fā)展中心（基礎研究管理中心）和科學傳播與成果轉化中心承辦，《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》《科學通報》協(xié)辦，分為推薦、初選、終選、審議4個環(huán)節(jié)?！吨袊A科學》等推薦了2022年12月1日至2023年11月30日期間正式發(fā)表的600多項科學研究成果，由近100位相關學科領域專家從中遴選出30項成果，在此基礎上邀請了包括中國科學院院士、中國工程院院士在內的2100多位基礎研究領域高水平專家對30項成果進行投票，評選出10項重大科學研究成果，經(jīng)國家自然科學基金委員會咨詢委員會審議，最終確定了入選2023年度“中國科學十大進展”的成果名單。
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