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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   (1696 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13 SnS1-xSex的K边k3权重EXAFS振荡的傅里叶变换光谱图及其拟合结果[57]
正文中引用本图/表的段落
Li等[56]利用XAFS技术研究了锂离子电池的阴离子氧化还原反应和活化机理, 证实了Fe3+替代是触发立方Li2TiO3电化学活性和氧化还原活性的原因, 这项工作对于利用阴离子氧化还原过程设计大容量电极具有重要的指导意义。此外, He等[57]利用硫化锡(SnS)的多个能带随着温度的演变规律, 通过引入Se优化调控有效质量和迁移率之间的矛盾, 并在储量丰富、成本低廉、环境友好的SnS晶体材料中实现了高的热电性能。该研究首先获得了原位变温SnS材料的精确晶胞参数, 再从XAFS数据中得到目标原子的原子占位信息, 如图13所示。结合XRD和XAFS结果, 该研究揭示了SnS无机材料的晶体结构及物理输运机理。操纵能带的策略也为优化热电材料性能提供了一种新的途径。
X-ray absorption near edge structure spectra of Na K-edge (a), O K-edge (b) for olivine-type, maricite-type and polymorphic composites obtained by milling for 15 h (NFP-15); Schematic illustrations for Na diffusive mechanism: possible sodium-ion diffusive pathways and atomistic structure for amorphous NaFePO4 (c), structural sketching diagrams of olivine-type NaFePO4 (d), and maricite-type NaFePO4 (e) Colorful figures are available on website ...
Thermodynamic activation of charge transfer in anionic redox process for Li-ion batteries
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2018
... Li等[56]利用XAFS技术研究了锂离子电池的阴离子氧化还原反应和活化机理, 证实了Fe3+替代是触发立方Li2TiO3电化学活性和氧化还原活性的原因, 这项工作对于利用阴离子氧化还原过程设计大容量电极具有重要的指导意义.此外, He等[57]利用硫化锡(SnS)的多个能带随着温度的演变规律, 通过引入Se优化调控有效质量和迁移率之间的矛盾, 并在储量丰富、成本低廉、环境友好的SnS晶体材料中实现了高的热电性能.该研究首先获得了原位变温SnS材料的精确晶胞参数, 再从XAFS数据中得到目标原子的原子占位信息, 如图13所示.结合XRD和XAFS结果, 该研究揭示了SnS无机材料的晶体结构及物理输运机理.操纵能带的策略也为优化热电材料性能提供了一种新的途径. ...
High thermoelectric performance in low-cost SnS0.91Se0.09 crystals
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2019
... Li等[56]利用XAFS技术研究了锂离子电池的阴离子氧化还原反应和活化机理, 证实了Fe3+替代是触发立方Li2TiO3电化学活性和氧化还原活性的原因, 这项工作对于利用阴离子氧化还原过程设计大容量电极具有重要的指导意义.此外, He等[57]利用硫化锡(SnS)的多个能带随着温度的演变规律, 通过引入Se优化调控有效质量和迁移率之间的矛盾, 并在储量丰富、成本低廉、环境友好的SnS晶体材料中实现了高的热电性能.该研究首先获得了原位变温SnS材料的精确晶胞参数, 再从XAFS数据中得到目标原子的原子占位信息, 如图13所示.结合XRD和XAFS结果, 该研究揭示了SnS无机材料的晶体结构及物理输运机理.操纵能带的策略也为优化热电材料性能提供了一种新的途径. ...

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