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同步辐射及其在无机材料中的应用进展
刘云鹏, 盛伟繁, 吴忠华
无机材料学报    2021, 36 (9): 901-918.   DOI:10.15541/jim20200703
摘要   (1695 HTML95 PDF(pc) (25262KB)(2589)  

同步辐射是环形加速器中做循环运动的高速电子在经过弯转磁铁时, 沿电子轨道切线方向发射的电磁辐射。作为一类平台型科技基础设施, 同步辐射光源对无机材料的研究和发展起到了重要支撑作用。同步辐射实验技术已经成为现代科学技术不可或缺的研究手段, 无机材料研究是同步辐射技术的主要应用领域之一。相对于用于材料研究的常规光源来说, 同步辐射技术研究无机材料有以下优势: 1)获取的数据质量更高; 2)空间分辨和时间分辨的能力更强; 3)原位和材料服役环境更易模拟; 4)多尺度、多方面、多种类的结构信息同步获取; 5)探测新的结构特性更有可能。同步辐射实验技术有助于解决无机材料领域中的一些关键科学问题, 从而极大地推动了无机材料的研究进展。本文首先简要介绍了同步辐射光源的现状, 以及国内现有三个同步辐射装置: 北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility, BSRF)、上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)和国家同步辐射实验室(National Synchrotron Radiation Laboratory, NSRL)。然后, 从X射线衍射、散射、谱学、成像等四个方面, 列举了同步辐射技术在无机材料研究中的应用实例。最后, 对同步辐射光源和结构表征技术及其在无机材料中的应用进行了总结与展望。



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图12 NaFePO4的XAFS光谱及Na扩散机制示意图[55]
正文中引用本图/表的段落
无机NaFePO4材料因高容量、低成本、高稳定和无毒性等优良特性, 已成为钠离子电池正极的首选材料。Xiong等[55]在BSRF的4B7B实验站采集了轻元素Na和O的XAFS谱, 结合XAFS谱和拉曼光谱的分析, 从原子尺度结构上揭示了非晶NaFePO4电极的无序增强了其钠存储性能的本质。研究结果表明共棱的FeO6八面体经非晶化转变为各种FeOn多面体是钠离子电池获得优异性能的关键, 如图12所示。基于此研究, Xiong等[55]用机械化学的方法成功调控了NaFePO4正极材料的无序度, 改善了钠离子电池的电化学性能。
(a-d) XANES spectra at Fe K edge (a) and Pt L3 edge (b), detailed structural information shown in the k3-weighted FT spectra in R-space at the Fe K edge (c) and the Pt L3 edge (d) (E: energy, R: distance between absorbing atom and neighbouring scatterer atoms, without correcting for scattering phase shift, and χ(k): the amplitude of the EXAFS oscillations as a function of photoelectron wavenumber k (a.u., arbitrary units). The inset in (a) shows a magnified view of the pre-edge peak A. The energy positions of Fe pre-edge peak A, Fe white-line peak B and Pt white-line peak C, as well as R-space peak positions of the shells of Fe-O, Fe-Fe, Fe-Pt, Pt-O and Pt-Pt, are also shown; (e) Schematic models of 1cFe-Pt/SiO2-O (left), 1cFe-Pt/SiO2-R (middle) and 1cFe-Pt/SiO2-P (right), Fe, O, H and Pt atoms are shown in orange, red, white, and blue, respectively. (1 Å=0.1 nm) (colorful figures are available on website) ...
Revealing the atomistic origin of the disorder-enhanced Na-storage performance in NaFePO4 battery cathode
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2019
... 无机NaFePO4材料因高容量、低成本、高稳定和无毒性等优良特性, 已成为钠离子电池正极的首选材料.Xiong等[55]在BSRF的4B7B实验站采集了轻元素Na和O的XAFS谱, 结合XAFS谱和拉曼光谱的分析, 从原子尺度结构上揭示了非晶NaFePO4电极的无序增强了其钠存储性能的本质.研究结果表明共棱的FeO6八面体经非晶化转变为各种FeOn多面体是钠离子电池获得优异性能的关键, 如图12所示.基于此研究, Xiong等[55]用机械化学的方法成功调控了NaFePO4正极材料的无序度, 改善了钠离子电池的电化学性能. ...

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