少年班90后解析:当冷冻电镜邂逅材料科学

7月28日,美国化学会发表斯坦福大学崔屹(9312)实验室综述《Opportunities for Cryogenic Electron Microscopy in Materials Science and Nanoscience》。介绍了冷冻电镜技术在多个新兴材料领域中的应用和展望。该综述第一作者李彦彬,来自中国科大少年班09级。

崔屹是享誉国际的材料学家,他培育了一大批纳米科学翘楚。后起之秀李彦彬在他的指导下,在冷冻电镜与材料科学交叉领域做出了诸多漂亮工作。值得一提的是:李彦彬是中国科学技术大学首个参与斯坦福大学UGVR(本科访问研究实习生项目)的学生。2012年,中国科大新创校友基金会推出“海外交流奖学金”时,李彦彬撰文呼吁校友支持。由于崔屹等多位校友的努力,中国科大当时成为大中华区继清华、北大、台大之后第四所加入斯坦福大学UGVR的大学。

神奇的冷冻电镜

2017年获诺贝尔化学奖的冷冻电子显微镜技术,将生命科学相关研究领域带入一崭新的时代。冷冻电镜在生物领域的巨大成功主要源自于:超低温冷冻制样,冷冻电镜仪器和电镜图像处理技术,这三个方面的进步与有机结合。

把冷冻电镜用于生物学以外的材料领域,将使科学家以原子级别的分辨率获得不稳定材料的结构和谱学信息,并为解决许多材料领域中的关键问题提供了新的途径。

冷冻电镜与新型材料学:机遇与挑战

在这篇综述里,作者回顾了冷冻电镜在电池,软物质,金属有机框架材料,钙钛矿太阳能电池,电催化和量子材料等六个重要的新兴材料领域中的应用。同时,作者也从发展新的冷冻制样方法、电镜硬件和图像处理技术这三个方面出发,展望了利用冷冻电镜解决这六个领域中关键问题时将面临的机遇和挑战。
有哪些机遇与挑战呢?

1、将冷冻电镜应用于材料学领域需要开发出一套新的样品冷冻流程来适应相应的新材料体系。

2、利用冷冻电镜研究金属锂固态电解质界面,使材料学家可以从纳米尺度研究电池容量损失机理,并将加速新型固态电池的设计。

3、冷冻电镜技术为研究金属有机框架材料俘获客体分子的动力学过程提供了可能。

师生同心,创造多个“漂亮”第一

崔屹教授向中国科大新创校友基金会介绍:自从2017年在该领域发表第一篇Science成果后,他们用冷冻电镜做出了很多“第一次”的漂亮工作。崔屹教授对李彦彬等十分欣赏。他介绍,彦彬是实验室的冷冻电镜开创者,领导或参与了大部分的工作。对这篇李彦彬作为一作的综述,崔屹教授的评价是十分重要,“经典”。

以下是李彦彬领导或参与的大部分工作,取得了多个漂亮的“首次”。

1). Science 358, 506, 2017. 首次用于研究电池材料。

2). Joule 2, 1-11, 2018. 失活锂的纳米尺度形成机制。

3). ACS Nano 13 , 737–744, 2019. SEI层随电池充电电压的变化。

4). Nature Chemistry 11, 382–389, 2019: 金属锂的电偶腐蚀现象。

5). Nature Energy 4, 664–670, 2019: 金属锂负极表面的高温SEI结构。

6). Matter 1, 428–438, 2019: 首次用于研究金属有机框架材料。

7). Nano Letter 19, 5140-5148, 2019: 首次用于研究电池负极碳材料表面的SEI层。

8). Joule 3, 2854-2866, 2019: 首次用于研究钙钛矿太阳能电池。

9). Matter 1, 1, 1232–1245, 2019: 首次用于研究电池负极硅材料表面的SEI层。

10) ACS Energy Letters 5, 1128 (2020) 首次用于研究电池负极LiF的分布。

 

李彦彬博士简介

 

李彦彬,安徽蚌埠人,2009年考入中国科学技术大学少年班学院,之后进入严济慈班学习。2012年,他作为中国科大第一个参加斯坦福UGVR交流项目的学生,前往斯坦福大学进行暑期交流。毕业后,前往斯坦福大学深造,目前在斯坦福大学崔屹教授实验室。

2020-07-31 上一篇: 少年班后生再登《自然》,突破氮化硅集成芯片调制器限制 下一篇: No More Content!