97年厦大学霸，创立公司，多次获国家大奖，今日以第一作者发Nature！

他，大学四年加权成绩、综合成绩专业第一，保送至厦门大学硕博连读。

他，本科期间就以独立第一作者身份发表SCI论文4篇，申请国家发明专利3项，牵头成立了武汉涂霸科技有限责任公司，其积极参加国内/国际创新创业竞赛，在“创青春”全国大学生创业大赛中获得全国银奖，获全国大学生节能减排大赛三等奖，获“互联网+”创新创业大赛湖北省银奖，获全国大学生创新创业年会优秀论文奖，还有省部级奖项11项。

他，获得英语风采大赛一等奖，还是拿过学校篮球赛冠军，2019年代表湖北省参评“全国向上向善好青年”。

他，2020年，厦大读硕士期间，获第六届福建省“互联网+”大学生创新创业大赛金奖，同年获第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛银奖，这样一位当之无愧的十项全能“收割机”今日以第一作者身份发表《Nature》了。

他，就是1997年出生的“十项全能”学霸周诗远。

周诗远

同行专家对他们这项发表在《Nature》上的工作高度评价：这项工作填补了如何将高能量、低成本锂硫电池商业化的巨大知识空白。作者的成像结果解决了关于多硫化物穿梭效应的起源和演化，以及这些电池中界面反应的缓慢动力学的长期争论，并证实了电极表面结构对这些过程的影响。该结果对于电池和电子显微镜研究都具有重要意义。

【今日Nature解读】

可充电锂硫（Li-S）电池被认为是下一代储能系统的有希望的候选者。通常涉及通过称为多硫化锂(LiPS)的中间体将硫转化为Li2S2和Li2S。然而，这些电池的性能受到Li2S2和Li2S的电绝缘特性以及与LiPS相关的“穿梭效应”的限制。克服这些问题需要清楚回答几个问题。例如，锂硫电池运行中的哪一步限制了其充电速度？如何维持其结构稳定性以延长其使用寿命？

了解原子或分子水平上电池电极-电解质界面发生的电化学反应对于良好的电池设计至关重要。然而，现有对电池运行机制的理解主要依赖于经典电化学理论和称为Gouy-Chapman-Stern模型的框架。在此模型中，离子从液体电解质扩散到固体电极表面，并通过界面处的反应进行转化。但这些反应基本上尚未被探索过。

打开锂硫电池电化学反应的“黑匣子”需要使用先进的表征技术。通常可以通过原位透射电子显微镜(TEM)的方法使用高能电子束在原子水平上研究电化学反应。然而，在Li-S电池中使用这种方法会受到电池不稳定性及其环境敏感性的阻碍。

在锂硫电池中观察到的电化学反应途径

针对这些问题，厦门大学廖洪钢教授、孙世刚院士团队，与北京化工大学陈建峰院士团队和美国阿贡国家实验室徐桂良、Khalil Amine研究员团队合作，在国际顶级期刊Nature杂志上发表了题为“Visualizing Interfacial Collective Reaction Behaviour of Li-S Batteries”的最新研究成果。他们开发了一种高分辨率电化学TEM技术，将液体环境与电场相结合。然后，对此进行了全面的调查，以最大限度地提高图像分辨率并避免光束对电池造成的损坏。通过改进仪器和实验设计，他们实现了这些电池中界面反应的实时、原子级可视化。论文第一作者为周诗远、施杰。

设计液池EC-TEM以研究LiPS的界面反应

本文观察揭示了一种先前未知的界面反应途径，该途径触发纳米级Li2S晶体从LiPS的致密液相中瞬时沉积。这种集体反应现象是由LiPS与电极表面上的金属原子簇（称为活性中心）之间的长程相互作用造成的。通过将聚集的LiPS（总尺寸约为30 nm）视为一个反应单元，研究人员详细研究了它们的集体运动、电荷转移和结晶行为。值得注意的是，研究人员发现集体途径与典型的电化学反应不同，典型的电化学反应遵循经典的逐步将LiPS转化为Li2S的过程。该结果扩展了基于Gouy-Chapman-Stern模型的电化学反应的传统理解。

没有活性中心介导的 LiPS 的界面反应和结构

本文研究结果精确描述了锂硫电池中发生的界面反应。未来基于集体反应现象设计电极材料的研究将进一步促进高性能锂硫电池的发展。研究这些电池中观察到的集体反应行为是否也存在于其他类型的电池中，例如锂金属电池和钠硫电池，也是值得研究的。

在活性中心的调节下沉积的Li2S的结构

LiPS 在活性中心介导下的界面氧化还原反应

研究人员同时指出了该研究的局限性。他们专注于在液体环境中使用TEM成像样品的特定实验装置，该装置可能无法完全捕获所有锂硫电池的物理特性。因此，除了开发此类电池外，推进原位电化学TEM技术并探索将原位研究扩展到运行电池研究的方法也很重要。未来的研究还应该研究如何在液体环境中结合物理效应，例如加热、冷冻和高压，以模拟真实的工作条件。包括质谱或光谱分析和X射线成像等进一步的检测技术，将使人们能够在原子或分子水平上更全面地了解电池中发生的电化学反应。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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