大湾区大学物质科学学院赵金奎课题组在高比能锂离子电池正极材料原位中子表征领域取得新进展。相关研究成果以“Dynamic Evolution of Antisite DefectCoupling Anionic Redox in High-Voltage Ultrahigh-Ni Cathode”为题，发表在国际知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上，同时被期刊编辑部选为Very Important Paper（Top 5%）。大湾区大学物质科学学院讲席教授赵金奎和松山湖材料实验室副研究员赵恩岳为论文共同通讯作者，大湾区大学为论文通讯单位。本工作原位中子衍射实验在中国散裂中子源（CSNS）完成，同时本工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、中国博士后科学基金和松山湖大科学装置开放课题的支持。 研究背景 汽车工业的快速电气化对锂离子电池的能量密度和成本提出了更高的要求。超高镍（Ni≥ 0.9）层状氧化物正极材料以其卓越的能量密度和成本效益，成为目前极具前景的动力电池正极材料。然而，超高镍正极材料Ni含量的提升也加重了Li-Ni反位缺陷问题。过去研究结果表明Li-Ni反位缺陷会显著影响电化学性能。同时，理论计算结果表明材料中的Li-Ni反位缺陷并非一成不变，其在充放电过程中是动态变化的。然而，到目前为止，Li-Ni反位缺陷的动态演化过程尚未得到实验量化，阻碍了进一步理解和优化超高镍正极材料结构。 此外，过去针对Li-Ni反位缺陷问题的研究大多集中于反位在Li层中的Ni，忽视了反位在过渡金属（TM）层中的Li。理论上，反位在TM层中的Li会形成Li−O−Li构型，导致非键态O2p轨道的形成，从而触发（高电压）阴离子氧化还原反应。不同于过渡金属，阴离子氧化还原反应很容易导致氧气释放，进而引发不可逆结构相变和电化学性能衰退。同时，氧空位的产生理论上会进一步促使Ni从TM层迁移至Li层，加剧反位缺陷的形成。因此，深入理解Ni迁移与阴离子氧化还原之间的动态耦合过程，对开发高电压超高镍正极材料至关重要。 图1 Li/Ni反占位缺陷对超高镍材料结构的影响 研究成果 大湾区大学物质科学学院赵金奎课题组利用原位工况中子衍射技术定量分析了LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2（NCM90）材料中Li-Ni反位缺陷的动态演化过程，及其与阴离子氧化还原反应之间的耦合关系。与X射线和电子相比，中子对Li、O等轻质元素更为敏感，并且能够区分Ni、Mn、Co等近邻过渡金属元素。结合原位电化学样品环境，中子衍射可以精确地量化与氧晶格相关的过渡金属迁移和动态结构演变。此外，为避免6Li同位素对中子的吸收，同时提高中子衍射数据质量，研究人员选用7Li同位素锂源合成了用于原位中子衍射测量的样品。 原位中子衍射结果表明，阴离子氧化还原反应过程伴随着明显的Ni迁移（由TM层迁移至Li层），这为Li-Ni反位缺陷与阴离子氧化还原之间的相互作用提供了强有力的证据。同时，研究还发现Li-Ni反位缺陷促进了阴离子氧化还原反应，阴离子氧化还原反应反过来进一步加剧了Li-Ni反位缺陷。基于此，提出了降低材料本征反位缺陷及抑制循环过程中Ni动态迁移来稳定材料高电压储锂结构的策略。进一步，研究人员引入多种不同电子结构的元素，发现Mg在降低Li-Ni反位缺陷方面展现出较大的优势。Mg的引入不仅降低了本征Li-Ni反位缺陷，进一步减少了Li-O-Li构型的数量，同时TM层中Mg的引入还形成了Li-O-Mg构型，相对于Li-O-Li构型，触发Li-O-Mg构型中的阴离子氧化还原反应需要更高的充电电压。因此，经Mg掺杂改性后的超高镍材料实现了优异的高电压储锂结构稳定性。该工作揭示了本征Li-Ni反位缺陷、阴离子氧化还原、Ni动态迁移和储锂结构稳定性之间的强耦合关系，并为高性能锂离子电池正极材料的结构设计提供了理论基础。 图2超高镍材料的原位中子衍射结果及Li/Ni反占位缺陷与阴离子氧化还原反应之间的耦合关系 文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202410326

大湾区大学（筹）物质科学学院赵金奎课题组在高比能钠离子正极材料结构调控及中子散射研究方面取得重要进展。相关研究成果以“GradientDe-Clustered Anionic Redox Enabled Undetectable O2 Formation in 4.5 V Sodium Manganese Oxide Cathodes”为题，发表在国际知名期刊Advanced Materials上。 大湾区大学（筹）物质科学学院讲席教授赵金奎、松山湖材料实验室副研究员赵恩岳和中国科学院大学教授肖小玲为论文共同通讯作者，大湾区大学（筹）为论文通讯单位。本工作中子散射相关实验在中国散裂中子源（CSNS）完成，同时本工作得到了广东省自然科学基金、国家自然科学基金和松山湖大科学装置开放课题的支持。 研究背景 钠离子电池原材料丰富、成本低廉且低温性能优异，在大规模储能领域显示出巨大的应用前景。锰基层状氧化物因其较高的压实密度和简单的制备工艺成为目前最具商业化潜力的钠离子正极材料之一。传统锰基氧化物正极材料（例如NaxMn5TM1-5O2, TM代表过渡金属）主要依靠TM阳离子的氧化还原反应提供电荷补偿，其可发挥的容量（或能量密度）有限。研究表明，通过在材料内构建非键态O2p轨道，晶格氧阴离子的氧化还原反应可以被激活，从而进一步提升材料的能量密度。然而，与TM电荷补偿不同，晶格氧电荷补偿容易诱发O2（包括限域分子O2和游离气态O2）生成，导致材料不可逆结构演化（例如TM迁移）和电化学性能衰退（例如电压/容量下降）。因此，避免或消除锰基氧化物材料晶格氧电荷补偿过程中的O2生成，对开发实用化高比能钠电正极材料意义重大。 研究成果 大湾区大学物质科学学院赵金奎课题组联合松山湖材料实验室赵恩岳副研究员和中国科学院大学肖小玲教授，借助中子散射技术对锰基氧化物材料的晶体结构开展了系统调控和优化。研究人员开发了一种新型锰基层状氧化物正极材料，其分子式为Na7/9[Li1/9Ni1/9Mg1/9Mn6/9]O2。该材料具有多重氧化还原中心和超晶格结构单元，可同时实现梯度和非团簇的阴离子氧化还原反应。这种独特的结构设计分别从热力学和动力学上有效地避免了氧阴离子的过度氧化和晶格应力的集中，从而抑制了O2的形成。与X射线和电子相比，中子对O、Na等轻质元素更为敏感，并且能够精确地量化与氧晶格相关的TM迁移和结构演变。此外，为避免6Li同位素对中子的吸收，同时提高中子衍射数据质量，本工作选用7Li同位素锂源合成了用于中子散射测试的样品。研究人员利用上述中子表征技术在结构分析方面的优势，进一步结合非原位电化学测试方法，证实了该材料充放电过程中TM的迁移被成功抑制，同时多重超晶格结构也未得到破坏。本工作揭示了O2形成、超晶格结构单元、过渡金属迁移和储钠结构稳定性之间的耦合关系，为合理设计下一代低成本、高能量密度钠离子氧化物正极材料提供了新的视角。 图1. Na7/9[Li1/9Ni1/9Mg1/9Mn6/9]O2材料中子结构分析以及热力学和动力学调控结构示意图 论文链接 https://doi.org/10.1002/adma.202408984

有机半导体聚合物因其成本效益高、结构可调性强、溶液加工性好等优势，在场效应晶体管（OFETs）和有机发光二极管（OLEDs）等领域具有广泛的应用前景。然而，长期以来，如何同时实现高电荷载流子迁移率和高发光量子效率一直是该领域的一大挑战。 近日，大湾区大学（筹）物质科学学院陈虎/王明聪团队在（Angewandte Chemie International Edition）上发表了一项重要研究成果。他们设计并成功合成了一种新型的给体-受体共轭聚合物TTIF-BT，该材料在电荷载流子迁移率（μ）和光致发光量子效率（Φ）方面均表现出优异的性能，为下一代有机光电子器件的开发提供了新的可能性。 TTIF-BT采用了一种独特的九环稠合给体单元（TTIF），并通过减少侧链的空间位阻，增强了分子间的相互作用。研究结果显示，TTIF-BT的薄膜空穴迁移率达到1.1 cm²V⁻¹s⁻¹，光致发光量子效率为7.6%，其Φ·μ值（0.084 cm²V⁻¹s⁻¹）是当前先进的半导体聚合物IDT-BT的三倍以上。这一突破性进展使得TTIF-BT在电驱动聚合物激光器和有源矩阵显示技术等应用中展现出巨大的潜力。通过瞬态吸收和时间分辨光致发光光谱技术，研究团队进一步揭示了TTIF-BT中62%的光致发光来自链间介导的发射，这一比例高于IDT-BT的58%。这一发现为理解有机半导体材料的结构-性能关系提供了新的视角，并为未来高性能有机光电子材料的设计提供了重要指导。 大湾区大学（筹）为论文的第一通讯单位，陈虎研究员为该论文的唯一通讯作者，王明聪研究员为该论文的第一作者。夏广杰研究员为该研究提供了算力支持（计算资源来自大湾区大学松山湖算力中心）。本项工作也得到了东莞社会发展科技计划、广东省基础与应用基础研究基金、松山湖材料实验室开放研究基金等多个项目的支持。该项研究得到了牛津大学、剑桥大学、斯坦福大学和阿卜杜拉国王科技大学等国际知名高校相关团队的支持。论文被遴选为Angew. Chem. Int. Ed.的VIP论文（Very Important Paper）。 陈虎课题组招聘 陈虎研究员入选国家教育部海外高层次青年人才引才计划、广东省海外引才计划、东莞市特色人才、莞邑人才等人才项目，具有多年的海外留学背景，在有机电子学的泰斗-Iain McCulloch教授课题组进行了为期八年的研究，在专业期刊上发布论文60多篇。课题组经费充足，资源丰富，现面向海内外公开诚聘客座研究生、研究助理、博士后研究人员，表现优异者可推荐去海外一流高校的课题组继续深造。有志加盟的青年才俊可发送邮件至chenhu@gbu.edu.cn 进行进一步的沟通交流（课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/hu/）。 王明聪课题组招聘 王明聪研究员主要从事超快光谱技术（瞬态吸收、太赫兹光谱、时间分辨光致发光光谱）及其在拓扑、超导、光伏和发光材料中的应用研究，在PRL、Nat. Comm等国际顶级期刊发表多篇学术论文，入选苏州汾彩领军人才计划、东莞市特色人才，兼任松山湖材料实验室客座专家、东莞市微纳光场调控与感知重点实验室副主任。课题组已建立薄膜实验室和超快光谱实验室，具备先进的材料制备与表征平台，常年招聘以下方向的博士后或特聘任研究员：       钙钛矿薄膜器件方向：从事钙钛矿材料的制备、器件优化及性能表征研究。       超快动力学方向：从事超快光谱技术的开发及其在材料载流子动力学中的应用研究。 具体信息请参考：https://www.x-mol.com/job/5835。有意合作者请发送邮件至optlab@gbu.edu.cn。欢迎有志于材料与光谱研究的青年才俊加入团队！ 论文标题与链接 《An Amorphous Donor-Acceptor Conjugated Polymer with Both High Charge Carrier MobilityLuminescence Quantum Efficiency》

近日，大湾区大学物质科学学院常建副教授与南方科技大学的邓永红教授和徐洪礼副研究员共同合作，提出了一种简单而有效的复合固态电解质设计策略，通过在聚酯基电解质和陶瓷纳米颗粒之间形成多重分子间配位来稳定高电压全固态锂金属电池。将Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLTZO）陶瓷纳米颗粒与聚ε-己内酯（PCL）和双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）均匀混合，从而获得配位复合固态电解质（PCL-CSE）。通过冷冻电镜的原子水平可视化分析和密度泛函理论（DFT）理论计算研究发现，PCL中的羰基和FSI-阴离子中的磺酸基与LLZTO纳米颗粒存在多重路易斯碱/酸相互作用，在LLTZO纳米颗粒周围形成内部富含阴离子相和外部聚合物相的双鞘层。这种多重配位相互作用不仅能通过屏蔽的羰基位点阻止聚合物电解质的分解，还能通过优先分解阴离子产生稳定的富锂界面。据我们所知，本工作是首次通过冷冻透射电镜观察到复合固态电解质中多个分子间配位相互作用的报道。由于复合固态电解质优异的稳定性和富LiF的界面层的存在，Li||Li对称电池具有超过4800小时的循环寿命，而不会发生短路。此外，以NCM523为正极的高电压固态锂电池在1C充放电倍率下可稳定循环1100次以上。这项工作揭示了高电压固态锂金属电池复合电解质中多分子协同作用和界面稳定性背后的潜在机制。该工作发表在国际权威期刊Advanced Materials上，相关成果得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的资助，广东省电驱动力能源材料重点实验室、广东省普通高校太阳能高效利用与可持续发展重点实验室、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室的支持。 研究背景 随着消费电子设备和电动汽车的逐渐普及，对下一代电池提出了高能量密度和安全性的新要求。高电压固态锂电池通过将固态电解质与高容量锂金属负极和高电压正极集成，在提高能量密度和安全性方面显示出巨大潜力。聚合物/陶瓷基复合固体电解质是固态锂金属电池的有前途的候选者，得益于聚合物电解质的机械坚固性和陶瓷电解质的高离子导电性。然而，CSE的界面不稳定性和不清楚的界面形成机制严重阻碍了高压固态锂电池的实际应用。 近年来，各种表征技术被广泛用来解释固态电解质的界面结构和离子传输过程。利用同步辐射实验对固态电解质进行三维重建，结果显示陶瓷纳米颗粒聚集会导致锂离子的不均匀传输和锂枝晶的沉积。最近，固态核磁共振分析也指出，在均匀分散的复合固态电解质中，聚合物和陶瓷电解质相之间的界面分解层是导致离子传输缓慢和锂金属不均匀沉积的主要原因。然而，由于聚合物和界面层对电子束比较敏感，容易被电子束破坏，因此室温下使用透射电子显微镜在纳米尺度直接观察一直受到限制。低剂量辐射的冷冻透射电子显微镜（Cryo-TEM）的出现使其成为可能。超低温度和低电子剂量使得复合固态电解质在分析过程中能够保持样品的原始状态而不被破坏。Cryo-TEM已被用于直接观察含FEC的凝胶聚合物电解质在锂金属表面的分解产物。研究结果表明，在增塑剂的帮助下形成稳定的富含LiF界面，有助于减轻电解质中聚合物相的分解。然而，高电压正极溶解的过渡金属和高反应活性的锂金属仍然催化CSE中聚合物相分解为无定形有机界面层，容易导致锂枝晶生长和快速的容量损失。此外，由于固态电解质材料在高能电子束条件下非常敏感，所以固态电解质和电极之间的界面在原子尺度分析时面临着重大挑战。因此，迫切需要探索一种具有稳定界面的有效CSE，并在原子尺度上可视化高电压固态锂电池中固态电解质界面的形成机制。 研究成果 冷冻电镜研究聚酯电解质与纳米陶瓷之间多重分子间配位作用：在复合固态电解质中，PCL中的羰基和FSI-阴离子中的磺酰基均与Li+和LLZTO纳米颗粒表面存在路易斯碱/酸配位作用（图1）。多重分子间配位提高了聚合物骨架和阴离子的给电子能力，从而提高了复合固态电解质的电化学性能。特别是，FSI-阴离子优先分解，促进了富含LiF的电解质/电极界面层的形成，有助于提高复合固态电解质对锂金属负极和高电压正极的界面稳定性。相比之下，PCL聚合物固态电解质（PCL-PSE）的界面稳定性不足，这是由于未屏蔽的羰基位点具有很强的路易斯酸特性，并且聚合物骨架经过持续的分解在电极表面形成了富含无定形有机物界面层。在配位复合固态电解质中，通过高分辨冷冻STEM和EELS直接观察到LLTZO纳米颗粒内部富含阴离子相和外部聚合物相的双鞘层，进而形成富含LiF/Li2O无机物的SEI和CEI界面，并利用DFT计算证明了上述结论。 图1. 聚酯电解质与纳米陶瓷之间多重分子间配位的原理图及原子分析 NCM正极界面稳定性研究：利用Cryo-HRTEM、EELS以及XPS证实了NCM523（PCL-CSE）的CEI内层含有相当比例的无机成分，主要包括Li2O和LiF。富含无机组分的内层不但增强了CEI的机械性能，促进了Li+的稳定迁移，还能隔绝电子的通过。而CEI的外层主要由有机无定形物质组成。非晶有机外层具有良好的浸润性和固态电解质相容性，因此有效地降低了界面阻力，保证了离子的流畅传导。但是，NCM523（PCL-PSE）的CEI内层和外层都含有有机非晶成分。这种区别说明了PCL-PSE和PCL-CSE20之间不同的化学成分和键合结构，突出了LLZTO纳米颗粒对生成CEI成分的影响。此外，NCM523（PCL-PSE）发生了明显的相变，NCM532（PCL-CSE）表现出完整的层状结构，这归功于独特的双层CEI的保护作用。这种双层CEI有效地保留了NCM523晶格内的氧配位。 图2. 循环后NCM523正极的界面表征 锂金属负极界面稳定性研究：利用超低剂量Cryo-HRTEM对锂金属负极表面的SEI进行观测，进一步研究PCL-CSE对锂金属异常稳定的潜在机制。与PCL-PSE匹配循环的锂金属表面的SEI主要是无定形成分，只有很少的无机颗粒（Li2CO3和Li2O）存在。而PCL-CSE匹配的电池循环后的SEI层中含有大量的无机晶体颗粒，包括大部分Li2O/LiF晶体和小部分Li2CO3晶体，嵌入在非晶相中。无机相的大量存在不但可以阻碍电子隧穿，还能增强SEI的机械强度，有助于抑制锂枝晶生长，改善高电压锂电池的循环性能。 图3. 循环后锂金属负极的界面表征 文献详情 Qingrong Wang, Hongli Xu,* Yanchen Fan, Shang-Sen Chi, Bing Han, Ruohong Ke, Ruo Wang, Jun Wang, Chaoyang Wang, Xiaoxiong Xu, Zijian Zheng, Yonghong Deng,* Jian Chang,* InsightMultiple Intermolecular Coordination of Composite Solid Electrolytes Via Cryo-Electron Microscopy for High-Voltage All-Solid-State Lithium Metal Batteries. Advanced Materials, 2024, 2314063. https://doi.org/10.1002/adma.202314063 博士后招聘信息 具备良好的学术道德和职业操守，具有或即将获得化学、材料、能源、电子等相关专业博士学位，在本领域专业期刊上发表过SCI学术论文；聘期综合年薪不低于35万元（含东莞市每年20万元生活补助），按属地缴费比例上限缴纳五险一金，享受带薪年假、节日慰问等福利待遇，出站留莞工作可获得市财政50万元生活补贴；支持申请广东省海外博士后人才项目，省财政提供60万元生活补贴，同时市财政按1∶1给予配套资助，出站留莞工作可获得省财政40万元住房补贴；支持申报东莞市特色人才，享受购房补贴和生活补贴；可依托学校申请科学城内人才公寓，并协助解决子女入园入学。应聘者请将个人简历材料发送至邮箱changj@gbu.edu.cn，本招聘长期有效。

大湾区大学左小伟课题组联合中山大学、太原科技大学、中国科学院金属研究所，在难熔高熵合金晶界偏聚机理研究中取得最新进展。相关成果以“Zr segregation at grain boundaries modulating C15-like local chemical ordering in BCC TiZrNbTaV multi-principal element alloys”为题，发表于国际知名期刊 Materials Research Letters（2025中科院一区TOP， IF=7.9）。大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室及大湾区高等研究院为论文通讯单位。大湾区大学孟智超博士、大湾区大学与中山大学联培博士生李政和太原科技大学访问硕士生李旭涛为论文共同第一作者，通讯作者为大湾区大学左小伟副教授。本工作由国家自然科学基金、中国博士后科学基金面上项目、广东省基础与应用基础研究基金、松山湖材料实验室开放课题、辽宁省科学技术重大专项支持。   研究背景 体心立方（BCC）结构多主元合金（MPEAs）在高温结构材料领域展现出巨大潜力，然而其实际工程应用仍受两大关键瓶颈制约：局域化学有序（LCO）形成机制不明确，以及晶界等晶体缺陷对LCO调控作用的定量理解匮乏。传统研究多聚焦于元素亲和力对LCO的驱动作用，却忽略了晶界元素偏聚这一动态过程对原子尺度化学有序化的深刻影响。特别是对于轻质TiZrNbTaV系BCC MPEAs，虽然其优异的力学性能已被初步证实，但Zr元素在晶界处的析出行为如何影响LCO的形成，以及这种影响是否具有晶界类型依赖性，迄今仍缺乏系统的理论认知与原子尺度验证。这些科学盲区阻碍了通过精准调控LCO来实现微观结构设计和高性能合金开发。 本团队前期已成功构建了TiZrNbTaV多主元合金的机器学习强塑性模型（Journal of Materials Science & Technology, 256 (2026): 178–192），并通过揭示LCO形貌对塑性变形机制的调控作用，实现了合金强度与塑性的优异匹配（Acta Materialia, 307 (2026): 121960）。在此基础上，本研究致力于进一步揭示Zr晶界偏聚与富Ta-V LCO形成之间的内在关联，结合混合蒙特卡洛/分子动力学（MC/MD）模拟、深度学习及原子尺度实验表征，系统解析了不同晶界类型下Zr偏聚对LCO形成路径的调控机制，旨在为高强MPEAs的微观结构工程提供理论基础。这是团队继上述两项工作之后，在BCC多主元合金LCO形成机制方面取得的又一重要进展。 研究成果 本研究系统揭示了BCC TiZrNbTaV多主元合金中Zr晶界偏聚对C15型LCO形成的调控机制。研究结果表明，尽管Ta-V之间的强亲和力是C15型LCO形成的主要驱动力，但晶界处Zr的自偏聚行为也可显著影响LCO形成。结合原子尺度模拟、实验表征及深度学习分析，明确了这种调控作用具有显著的晶界类型依赖性：低指数晶界（如Σ3、Σ5）促进LCO形成，而高指数晶界（如Σ31、Σ33）则表现出抑制效应。进一步的能量分析证实，Zr向晶界的偏聚有效降低了体系能量，是其优先占据晶界位置的根本原因。原子尺度表征（STEM/EDS）直观验证了约2 nm厚Zr富集层的存在，与模拟预测高度吻合。本研究的创新点在于：将晶界化学、元素偏聚动力学与LCO形成之间建立定量关联，突破了传统仅考虑元素亲和力的单一视角。这一发现不仅为理解BCC MPEAs中缺陷与LCO的相互作用提供了全新的理论框架，更为通过晶界工程与LCO协同设计开发高强韧合金奠定了坚实的理论基础。 课题组招聘揽才 本课题组专注于先进金属结构材料研究，聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托物质科学学院，已建成系列先进研究平台： 材料制备与加工平台：激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 材料计算平台：高性能计算集群及相关模拟软件。 中子科学中心：运用中子衍射/同步辐射等先进手段，从原子与晶格尺度深刻揭示材料强化机制与服役演化规律。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或短期访问开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。