大湾区大学物质科学学院于华课题组与西南石油大学李海敏教授合作，在钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Optimized Crystallization via Ionic Liquid Engineering for Air-Fabricated Perovskite Solar Cells with Efficiency of 25.11%”为题发表在《Solar RRL》上。 研究背景及成果 在钙钛矿（PVK）前驱体溶液中，碘化铅（PbI₂）与有机阳离子的过早反应往往会导致薄膜质量下降。为缓解这一问题，将离子液体（IL）三氟甲磺酸吡啶鎓引入前驱体溶液中。三氟甲磺酸吡啶鎓与PbI₂之间的强相互作用促进了成核团簇的形成，有效降低了成核势垒并调控了钙钛矿的结晶过程，从而形成高质量、均匀的PVK薄膜。原位表征表明，预成核策略制备的PVK薄膜平均晶粒尺寸超过1μm。三氟甲基的疏水性可调节湿度，有助于在潮湿环境中实现钙钛矿结晶。这与水分通常产生的负面影响形成对比，水分会在钙钛矿结构中引发缺陷。因此，经IL改性的钙钛矿太阳能电池（PSC）在环境条件下实现了25.11%的卓越功率转换效率（PCE）。这些PSC在连续最大功率点（MPP）跟踪820小时后，仍保持其初始PCE的80.43%。此外，在室温下暴露于相对湿度（RH）为30%~50%的空气中1000小时后，器件保持其初始效率的87%，显示出在长期PSC应用中的出色空气稳定性。       图1 钝化分子的作用机制 图2  结晶调节的研究 图3 薄膜质量的研究    图4 器件的性能研究

大湾区大学物质科学学院于华课题组与昆明理工大学陈江照教授合作，在基于反式铯/甲脒(CsFA)的无甲铵钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Crystallization Modulation Comprehensive Defect Passivation by Carbonyl Functionalized Spacer Cation Towards High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在《Angew》上。    研究背景及成果 众所周知，无甲铵钙钛矿太阳能电池在同时实现高功率转换效率和优异的稳定性方面具有巨大潜力。然而，不可控的结晶过程和较差的薄膜质量阻碍了光伏性能和运行稳定性的进一步提高。 鉴于此，研究提出了一种利用新型羰基功能化间隔阳离子协同调节钙钛矿结晶和晶界和界面缺陷的策略。将含有羰基功能化铵阳离子的L-丙氨酸苄酯盐酸盐(L-ABEHCl)加入钙钛矿前体溶液中，由于其与前体成分的强相互作用，增加了成核速率并降低了晶体生长速率，从而增加了晶粒尺寸和结晶度。使用L-ABEHCl作为添加剂不会形成2D钙钛矿，而使用L-ABEHCl后处理会形成2D钙钛矿。L-ABEHCl以有机盐的形式钝化晶界处的缺陷，以2D钙钛矿的形式钝化界面缺陷。因此，采用协同调制策略的反式器件实现了25.77%的最大效率（经认证的稳定效率为25.59%），这是迄今为止基于真空闪蒸法报道的最高效率之一。未封装的目标器件在连续2300小时的最大功率点跟踪后仍保持其初始效率的90.85%。 图1 通过 L-ABEHCl 进行结晶调制 图2  钙钛矿晶相的研究  图3 晶界和界面的结晶调制和协同钝化机制   图4 钙钛矿薄膜质量的表征     图5 载流子动力学研究  图6 光伏性能与长期稳定性

大湾区大学（筹）物质科学学院赵金奎课题组在中子辐照电池失效机制研究领域取得新进展。相关研究成果以“Unexpected Planar GlidingMicrocracking Induced by Neutron Irradiation in Single-Crystalline LiCoO2 Cathodes”为题，发表在国际知名期刊ACS Energy Letters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、中科院物理所于全芝研究员、散裂中子源科学中心梁天骄研究员为本论文共同通讯作者。大湾区大学（筹）为论文通讯单位。 本工作中的相关中子辐照实验在中国散裂中子源（CSNS）大气中子辐照谱仪（ANIS）完成，中子粉末衍射实验在多物理谱仪（MPI）完成，高分辨同步辐射X射线衍射实验在日本同步辐射光源Spring8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、松山湖大科学装置开放课题和山东省自然科学基金的支持。 研究背景及成果 卫星发射、空间站建设等航空航天工业的发展不仅拓宽了人类对宇宙的认知边界，同时在灾害监测、全球气候变化应对等领域也发挥着不可替代的战略价值。锂离子电池因其优异的能量密度和循环稳定性，已成为航空航天能源系统的核心组件。然而，深空环境中的高能射线与航天器材料作用产生的次级中子辐照，会引发电池材料的原子位移损伤。高能中子可通过弹性/非弹性散射传递足够动量使原子脱离晶格位点，形成空位缺陷与自间隙原子。此外，入射中子还可诱发多级碰撞，产生级联损伤，导致电极材料晶体结构失稳，加速电化学性能失效，最终威胁航天器关键任务的实施。因此，揭示中子辐照下电极材料的多尺度损伤机制，对发展深空抗辐照电池技术具有重要指导意义。 基于此，大湾区大学（筹）物质科学学院赵金奎课题组在国际上率先开展锂离子电池中子辐照失效机制研究。研究表明，中子辐照可诱发钴酸锂正极材料产生微裂纹，并使晶体内部应力显著增加。同时，中子辐照还会诱发锂离子迁移，破坏材料原有的锂亚晶格结构。进一步，原位中子辐照实验表明，中子辐照可加速材料的层间滑移，且这种滑移现象随着锂离子脱/嵌程度的增加而加剧。更为重要的是，研究人员发现材料的辐照损伤程度取决于其单晶粒径-粒径越小，辐照损伤越小。该研究不仅揭示了中子辐照诱导的新型电池失效机制，同时为开发面向极端工况的抗辐照正极材料提供了理论基础。 图1 （a）宇宙射线与航天器相互作用产生的空间辐照效应；(b) 中子辐照诱导晶体结构缺陷的微观损伤机制；(c) 原位中子辐照软包电池测试示意图；(d) 不同荷电状态下辐照电池中钴酸锂正极的结构演变。 图2 （a）不同粒径钴酸锂中子辐照剂量损失（模拟计算结果）；（b, c）未辐照和辐照后三种不同粒径钴酸锂的微观结构变化。 论文链接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00828

近日，大湾区大学（筹）物质科学学院陈虎研究员团队联合海南大学、冲绳科学技术大学院大学（日本）以及上海交通大学等在国际顶级期刊Energy & Environmental Science（最新影响因子：32.45）发表重要研究成果。团队成功开发出一种基于具备离子/电荷混合传输性能的高分子材料的锌阳极保护层，为新一代锌离子电池的高效稳定储能提供了创新解决方案。这也是首例将离子/电荷混合传输高分子用作锌离子电池保护层的报导。 锌离子电池因安全性高、成本低、环境友好等优势，被视为大规模储能和柔性电子设备的理想选择。然而，锌阳极在循环过程中易产生枝晶生长、析氢反应等问题，严重制约其实际应用。针对这一挑战，研究团队创新性地设计了一种兼具电子与离子混合导电性的聚噻吩高分子涂层（pgBTTT），通过优化侧链结构，该涂层不仅展现出优异的亲锌性，还能构建锌离子专属传输通道，显著抑制枝晶生长和副反应。实验表明，采用pgBTTT涂层的锌对称电池在2 mA cm⁻²电流密度下可稳定循环超过1700小时，极化电压低至30 mV，性能远超传统高分子及无机材料的保护涂层。 研究团队进一步将pgBTTT涂层锌阳极与钒酸铵（NVO）正极匹配，构建的全电池在0.2 A g⁻¹电流密度下展现出528 mAh g⁻¹的高比容量，循环1000次后容量衰减率仅为每循环0.0183%。这一性能指标在国际同类研究中处于领先水平。此外，该技术还通过了高负载（3.75 mg cm⁻²）软包电池测试，能量密度达212.5 Wh kg⁻¹，并展现出优异的循环稳定性，为锌离子电池的实际应用奠定了坚实基础。 陈虎研究员为该论文的最后通讯作者，海南大学张慧教授为论文的第一作者。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。该项研究得到了海南大学、冲绳科学技术大学院大学（日本）以及上海交通大学等合作团队的支持。 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/）。 论文标题与链接 《Tailored glycol-functionalized mixed-conductive polythiophene coatings enable stable zinc anodes》

近日，大湾区大学（筹）物质科学学院盛洁明团队通过与浙江大学物理学院关联物质研究中心汪臻涛研究员团队、南方科技大学物理系吴留锁副教授团队、梅佳伟副教授团队等国内外学者合作，在三角晶格自旋阻挫量子磁性材料Na₂BaCo(PO₄)₂的研究中取得最新进展，在磁有序相中观测到了自旋激发连续谱。相关研究成果以“Continuum of spin excitations in an ordered magnet”为题发表在《The Innovation》上。 研究背景 自旋阻挫量子磁性材料因其独特的结构与量子特性，近年来成为凝聚态物理研究的热点。这些材料的自旋排列方式会受到几何结构的限制，导致自旋之间的相互作用无法完全满足能量最低要求，从而产生“自旋阻挫”现象。这种现象不仅增强了量子涨落效应，还可能催生出许多非常规的量子态和奇特的磁性现象，为探索新物理现象提供了理想平台。其中，量子自旋液体（QSL）是一种高度量子纠缠且缺乏长程自旋有序的新型量子态，其核心特征之一是自旋激发的分数化行为。在具备QSL量子态的材料中，由于几何阻挫和量子涨落的作用，磁振子（magnon）会解禁闭为自旋子（spinon），并在非弹性中子散射实验中表现为自旋连续激发谱。这些长程纠缠并遵循特殊统计规律的自旋子，被认为在拓扑量子计算中有潜在的应用。因此研究这些新奇的自旋量子态，不仅有助于我们理解量子力学的深层次规律，还有望为量子计算等前沿技术应用提供理论支持。 研究成果  图1: B= 0.75T时沿动量高对称点的自旋激发谱 (1/3平台相)。 A-B：T = 60mK时的非弹性中子散射实验结果。C-D：线性自旋波计算得到的动力学结构因子。E-F：密度矩阵重整化计算得到的动力学结构因子。 图2: B= 0T时沿动量高对称点的自旋激发谱 (自旋超固“Y”相)。 A-B：T = 60mK时的非弹性中子散射实验结果。C-D： 线性自旋波计算得到的动力学结构因子。E-F：密度矩阵重整化计算得到的动力学结构因子。 本文的研究对象是自旋S=1/2的三角晶格反铁磁体Na2BaCo(PO4)2，其在温度150 mK左右发生反铁磁相变，进入长程磁有序态。然而，针对Na2BaCo(PO4)2的研究表明，即使是长程磁有序的反铁磁材料，也可能展现类似的自旋激发连续谱特性。这一发现挑战了连续谱激发作为QSL独特标志的传统认知，拓宽了对量子磁性材料复杂动力学行为的理解。研究表明，Na2BaCo(PO4)2的连续谱并非由无序效应或解禁闭自旋子引起，而是源于长程磁有序态中强阻挫与量子涨落效应的影响。主要发现包括： 确定了XXZ型自旋哈密顿量：通过计算完全极化相的线性自旋波，发现近邻主导的XXZ模型很好地描述了该体系，并通过非弹性中子散射实验中尖锐的自旋波色散排除了结构或磁无序的影响。 谱权重转移：如图1所示，在1/3平台相时，非弹性中子散射实验与基于XXZ模型的密度矩阵重整化计算结果一致，表明量子涨落引起了单个磁振子色散的重整，并导致谱权重有一部分转移至双磁振子的连续谱。 强烈的量子涨落与连续谱激发行为：在长程有序的自旋超固“Y”相中，非弹性中子散射实验结果显示出连续谱激发行为，与基于XXZ模型的密度矩阵重整化计算结果一致。该研究表明，体系中存在强烈的量子涨落，因而基于无相互作用的半经典磁振子框架已不再适用。  该研究进一步提醒我们，在判断量子自旋液体（QSL）候选材料时，仅凭自旋激发连续谱作为确凿证据不一定可靠。传统上，源自自旋子的分数化行为，QSL材料的自旋激发连续谱被视为量子自旋液体的标志性特征。然而，随着对自旋阻挫三角晶格材料的研究深入，我们发现，即使在具有长程磁有序的系统中，也可能观察到类似的连续谱特性。这表明自旋激发的连续谱并不总是QSL的专有特征。因此，在判断QSL候选材料时，人们必须超越传统的连续谱标准，综合考虑材料的晶体结构、量子涨落效应以及磁性行为等多方面的特性。例如，三角晶格结构中的几何阻挫可以显著增强量子涨落，从而导致自旋激发呈现出与QSL类似的连续谱特性。针对这些材料的研究，以后应更多关注它们的复杂量子动力学行为，探索更广泛的量子磁性现象，为理解量子自旋液体的真正特征提供新的视角。 大湾区大学物质科学学院盛洁明助理教授为本文的第一作者。深圳国际量子研究院王乐研究助理教授为论文的共同第一作者。南方科技大学吴留锁副教授、梅佳伟副教授，浙江大学汪臻涛研究员为论文的共同通讯作者。  该研究得到了多家国内外顶尖科研机构的大力支持。其中，中子散射实验得益于澳大利亚核子科学与技术组织（ANSTO）于德洪教授、日本质子加速器研究综合体（J-PARC）Maiko Kofu 博士提供的支持。西湖大学的朱伟教授基于XXZ模型进行了密度矩阵重整化计算。此外本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省量子科学战略专项的资助。  论文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00207-8