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原位透射电镜在电化学领域中的应用

中国科学：化学 2021年第11期51卷 1489-1500页

作者：孙悦赵体清廖洪钢厦门大学化学化工学院厦门361005

原位透射电镜技术作为实时和高空间分辨观测工具,是完善电化学过程监测、剖析机理、研究材料构效关系,进一步提升电化学性能的有力手段.本文在介绍原位液体电镜发展历程的基础上,总结了近年来原位透射电镜技术在电化学沉积、电化学储能... 详细信息

原位透射电镜技术作为实时和高空间分辨观测工具,是完善电化学过程监测、剖析机理、研究材料构效关系,进一步提升电化学性能的有力手段.本文在介绍原位液体电镜发展历程的基础上,总结了近年来原位透射电镜技术在电化学沉积、电化学储能、电催化及电化学腐蚀中的应用研究,并针对该技术目前存在的挑战和在电化学领域的进一步应用探索作了总结和展望.

关键词：原位透射电镜电化学液体池芯片

原位透射电镜研究正交相五氧化二铌纳米片的电化学储钠机制

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物理化学学报 2022年第8期38卷 15-21页

作者：许国光王琪苏毅刘美男李清文张跃钢中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院合肥230031 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所江苏苏州215123 清华大学物理系北京100084

由于正交相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为ReO_(3)型层状结构,锂、钠离子可以在其(001)平面快速脱嵌,而在[001]方向的传输一般较难。本研究通过原位透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)方法研究钠在T-Nb_(2)O_(5)纳米片... 详细信息

由于正交相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为ReO_(3)型层状结构,锂、钠离子可以在其(001)平面快速脱嵌,而在[001]方向的传输一般较难。本研究通过原位透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)方法研究钠在T-Nb_(2)O_(5)纳米片(001)面内及[001]方向的钠离子电化学嵌入行为,发现由于纳米片晶体存在大量的位错和畴界,钠离子可通过这些缺陷穿越(001)面扩散,并进而在深层的(001)面内快速扩散。同时,本研究还发现刚合成的T-Nb_(2)O_(5)纳米片在[001]方向上存在调制结构,存在交替分布的压应变和张应变区域,而钠离子的嵌入可以调节这些应变分布。

关键词：原位透射电镜 T-Nb_(2)O_(5)纳米片钠离子电池钠化机理

原位透射电镜研究MOF裂解过程中金属颗粒的析出与迁移过程

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实验室研究与探索 2021年第7期40卷 23-26页

作者：徐开兵崔哲陈晓杨健茂东华大学分析测试中心上海201620 东华大学材料科学与工程学院上海201620

在合成的MIL-88A纳米棒上包覆了一层15 nm的SiO_(2)膜,通过扫描电镜和透射电镜并结合能谱分析证明成功合成了MIL-88A@SiO_(2)核壳纳米棒。在透射电子显微镜中通过原位加热样品杆对比研究了MIL-88A纳米棒和MIL-88A@SiO_(2)核壳纳米棒在... 详细信息

在合成的MIL-88A纳米棒上包覆了一层15 nm的SiO_(2)膜,通过扫描电镜和透射电镜并结合能谱分析证明成功合成了MIL-88A@SiO_(2)核壳纳米棒。在透射电子显微镜中通过原位加热样品杆对比研究了MIL-88A纳米棒和MIL-88A@SiO_(2)核壳纳米棒在加热过程中金属颗粒的析出与迁移过程。结果表明,MOF分解过程中首先是有机配体裂解导致完整的晶体结构被破坏之后金属颗粒才逐渐析出,而MIL-88A@SiO_(2)核壳纳米棒中致密的SiO_(2)包裹抑制了有机配体的分解,延缓了金属颗粒析出的过程。

关键词：原位透射电镜金属-有机骨架材料裂解金属颗粒

一维硫化铋纳米结构锂化过程体积变化的原位透射电镜研究

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化工新型材料 2024年第6期52卷 170-172页

作者：陈晓徐开兵东华大学分析测试中心上海201620

通过水热法制备了一维结构的硫化铋(Bi_(2)S_(3))纳米棒和Bi_(2)S_(3)纳米带材料,利用原位透射电镜研究了两者一维结构的原位锂化过程,并组装成电池测试了它们的电化学性能。结果表明:Bi_(2)S_(3)纳米带在锂化过程中表现在优于Bi_(2)S_... 详细信息

通过水热法制备了一维结构的硫化铋(Bi_(2)S_(3))纳米棒和Bi_(2)S_(3)纳米带材料,利用原位透射电镜研究了两者一维结构的原位锂化过程,并组装成电池测试了它们的电化学性能。结果表明:Bi_(2)S_(3)纳米带在锂化过程中表现在优于Bi_(2)S_(3)纳米棒的结构稳定性,从而在电化学测试中表现出更好的循环稳定性。

关键词：硫化铋纳米棒纳米带原位透射电镜

双倾原位透射电镜力学样品台的设计及原子尺度下对金刚石变形和断裂的观察

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Science China Materials 2020年第11期63卷 2335-2343页

作者：张奕志卜叶强黄俊全靳天野聂安民王宏涛田永君 Center for X-Mechanics Zhejiang UniversityHangzhou 310027China Institute of Applied Mechanics Zhejiang UniversityHangzhou 310027China Center for High Pressure Science State Key Laboratory of Metastable Materials Science and TechnologyYanshan UniversityQinhuangdao 066004China

原位透射电子显微技术(in-situ TEM)可以动态观察材料内部缺陷的交互作用,是研究材料构效关系的重要手段.本文报道了一种自主研制的力学加载双倾in-situ TEM样品台,这种样品台具有前后、左右、上下、旋转以及β倾转五个维度的操控参数,... 详细信息

原位透射电子显微技术(in-situ TEM)可以动态观察材料内部缺陷的交互作用,是研究材料构效关系的重要手段.本文报道了一种自主研制的力学加载双倾in-situ TEM样品台,这种样品台具有前后、左右、上下、旋转以及β倾转五个维度的操控参数,并结合了世界上最硬的纳米孪晶金刚石制作压头,可实现在极高载荷下样品的高分辨原位观察,并可对样品进行360°三维空间重构.利用该样品台,对?100?,?110?及?111?取向的金刚石纳米针进行了原位弯曲,发现金刚石纳米针可实现大的弯曲变形,并最终沿{111}解理断裂.同时利用该样品台对金刚石纳米片进行了原位压痕实验,在原子尺度下观察了金刚石纳米片中裂纹的扩展,发现裂纹由原子级平整的{111}面台阶构成.具有超高强度和硬度金刚石的变形和屈服以及相应原子尺度下的原位表征证实了该in-situ TEM样品台的稳定性和可靠性,未来基于该样品台可拓展更广泛的研究,包括材料的多场加载、原子尺度原位表征及三维成像.

关键词：原子尺度超高强度构效关系原位透射电镜原位表征解理断裂三维成像原位观察

电极材料储锂行为及其机制的原位透射电镜研究进展

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储能科学与技术 2021年第4期10卷 1219-1236页

作者：柯承志肖本胜李苗陆敬予何洋张力张桥保厦门大学材料学院福建厦门361005 厦门大学化学化工学院福建厦门361005 哈尔滨工业大学(深圳)理学院广东深圳518055 北京科技大学北京市材料基因工程高精尖创新中心北京100083

锂离子在体相电极材料中的输运、反应、储存所引发的电子和晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的动态演变与锂离子电池的电化学性能息息相关。从纳米甚至原子尺度上阐明电极在电化学过程中的微观结构、形貌、物相和化学成分的动态... 详细信息

锂离子在体相电极材料中的输运、反应、储存所引发的电子和晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的动态演变与锂离子电池的电化学性能息息相关。从纳米甚至原子尺度上阐明电极在电化学过程中的微观结构、形貌、物相和化学成分的动态演化行为,对理解电极材料基本物理化学特性及其动态演化与电池宏观电化学性能间的构效关系至关重要;这需要借助清晰、精确的先进原位表征手段。在现有各类原位表征技术中,原位透射电镜(TEM)由于其超高的空间和时间分辨率,具有实时、动态监测电极材料在工况下结构、形貌、物相以及表/界面处原子级结构和成分变化的独特优势,是开展上述研究最具代表性的一种重要表征手段;可对电极材料微观动态演变行为和反应机理等进行精确表述,进而为高性能电极材料的构筑与性能调控提供微观依据和创新思路。本文总结归纳了当前采用原位TEM表征技术解析锂离子电池关键电极材料在充放电过程中的微观动态演变规律与失效机制的重要研究进展,包括多种正极材料和高比容量负极材料的原位TEM研究,重点是它们在电化学过程中微观结构、化学成分与物相动态演变等信息。此外,本文对原位TEM表征技术当前存在的问题,以及借助原位TEM技术研究二次电池的未来发展方向进行了展望和思考。

关键词：电极材料储锂行为储锂机制原位透射电镜锂离子电池

原位透射电镜揭示石墨烯在高性能储锂中的作用

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原位透射电镜揭示石墨烯在高性能储锂中的作用

中国化学会第29届学术年会

作者：单旭意周光敏尹利长喻万景李峰成会明中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室

石墨烯因在提升锂电池储能器件性能上独特的优势已被广泛的应用于各种复合电极。然而由于普通外原位方法很难在微观纳米尺度上为石墨烯在复合电极中所起到的具体作用提供直接证据,因此对复合电极中石墨烯的表征依然十分欠缺。在这里,我... 详细信息

石墨烯因在提升锂电池储能器件性能上独特的优势已被广泛的应用于各种复合电极。然而由于普通外原位方法很难在微观纳米尺度上为石墨烯在复合电极中所起到的具体作用提供直接证据,因此对复合电极中石墨烯的表征依然十分欠缺。在这里,我们利用原位透射电镜技术,以石墨烯-NiO复合电极为模型,直接展示了复合电极在嵌锂反应中石墨烯的作用。我们观察到在具有强键合作用的复合电极中,石墨烯具有三个方面的重要作用:（1）锂离子扩散速度提高了两个数量级;（2）高电流密度条件下的锂离子反应动力学提高了25倍;（3）石墨烯和NiO强烈的界面相互作用,确保了氧化镍在不断的膨胀和收缩过程中与石墨烯基底稳定的电接触,获得优异的循环性能。结合半电池的电化学测试和第一性原理计算,本研究提供了通过构筑活性材料和石墨烯的界面来获得具有优异电化学性能的复合材料的方法。b

关键词：原位透射电镜石墨烯锂离子电池界面相互作用第一性原理计算反应动力学

来源： cnki会议评论

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纳米电催化剂的原位透射电镜表征

电子显微学报 2018年第5期37卷 490-499页

作者：张星曹安民万立骏中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

构建催化剂表面原子结构与催化性能之间的构效关系是目前电催化剂研究的挑战性难题,而原位透射电镜是研究材料性质-结构关系及其变化过程的有力手段,为高性能催化剂的设计及纳米科技的发展创造了新的契机。本文结合原位透射电镜技术的发... 详细信息

构建催化剂表面原子结构与催化性能之间的构效关系是目前电催化剂研究的挑战性难题,而原位透射电镜是研究材料性质-结构关系及其变化过程的有力手段,为高性能催化剂的设计及纳米科技的发展创造了新的契机。本文结合原位透射电镜技术的发展,对目前利用透射电镜原位观察电催化剂的工作进行了归纳总结,以此对具有高催化活性纳米材料的设计与构筑提供参考。

关键词：电催化剂原位透射电镜原子结构催化活性

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碳纳米纤维储钠机制的原位透射电镜研究

电子显微学报 2019年第6期38卷 593-599页

作者：皇甫磊磊翟阿敏田鹤张泽浙江大学电子显微镜中心硅材料国家重点实验室材料科学与工程学院

在钠离子电池负极材料的研究中,纳米管、纳米线和纳米纤维等一维纳米结构由于具有均匀的结构和良好的导电连接性,而被认为是一种高容量和稳定的电极材料,但在实际应用中其循环稳定性还有待进一步提高。研究发现采用静电纺丝法制备的碳... 详细信息

在钠离子电池负极材料的研究中,纳米管、纳米线和纳米纤维等一维纳米结构由于具有均匀的结构和良好的导电连接性,而被认为是一种高容量和稳定的电极材料,但在实际应用中其循环稳定性还有待进一步提高。研究发现采用静电纺丝法制备的碳纳米纤维却具有十分优异的循环稳定性。为了从微观结构上深层次地解释这一原因,本文采用原位透射电镜技术,对单根碳纳米纤维嵌钠过程进行了研究,并发现其体积膨胀率仅约为44. 6%,且材料结构在嵌钠前后不发生明显变化,所以具有良好的循环稳定性。另外,实验中发现钠离子在碳纳米纤维中的嵌钠机制是由长程扩散控制的,为钠离子电池用碳纳米纤维的生产提供了指导意义。

关键词：钠离子电池负极材料碳纳米纤维原位透射电镜嵌钠机制