陈文翔  (特任教授)

1980年，John B. Goodenough等人首次将层状氧化物识别为锂电池正极，并将电池电压增加至4 V。这之后的四十年间，氧化还原活性材料的研究蓬勃发展，在不同空间和时间维度、多种材料结构和体系中均开展了对氧化还原活性材料及其相变的探索和应用。领域的研究内容从晶体的结构、相、对称性、和形态扩展到由电化学相变引起的材料的微观结构变化，例如局部缺陷的形成、结晶度变化、应变发展、有序-无序转变、键合和功能的变化。这种微结构转变起源于原子过程，表现为从亚纳米到微米的不同长度尺度的化学或机械不均匀性，这会影响氧化还原活性材料的稳定性和可逆性。因此，了解微观结构发展的原子过程和调节微观结构对于设计高容量、稳定和可逆的氧化还原活性材料至关重要，对电池、电催化、脱盐和电致变色等技术基础上的器件有着重要影响。国内外的许多科研单位开展了氧化还原活性材料和其电化学相变的研究并取得了优秀成果。

氧化还原活性材料对于实现碳中性能量循环至关重要，因为它们基于结构的相变实现电能和化学能之间的高效转换。随着对氧化还原活性材料中新机制、新物理、新化学的探索和各类高性能新兴电化学材料的涌现，氧化还原活性材料的研究面临新的机遇和挑战。一方面，新型电子显微镜技术的发展，包括直接电子探测器和束流技术的发展，有望实现对氧化还原活性材料在时空间的高精度表征。另一方面，精确表征和调控不同维度、结构、性质的新型氧化还原活性材料，例如混合金属正极材料，有机材料，硅基负极材料等，从而最大限度地挖掘它们在能源转化和存储器件中的应用，对大型衍射数据的采集，数据挖掘方法，人工智能分析，和材料架构的设计均提出了新的挑战。近年来，能源器件的发展为氧化还原活性材料的相变的表征和应用提供了新的机遇。通过多尺度结构表征和设计，氧化还原活性材料的相变过程有望在亚纳米尺度上达到精准控制,有助于发展高稳定性、高容量、快充能量转化和储存器件。

我们在氧化还原活性材料的多尺度表征与应用方面有良好的研究基础，同时熟知新型电子显微镜技术，数据挖掘和电化学材料制备和测量。数据驱动的表征方法正为材料表征带来新的机会。我们使用的新型电子显微镜技术，例如四维扫描透射电子显微镜(4D-STEM），的核心是大型衍射数据的采集和数据挖掘。氧化还原活性材料的多尺度表征与应用是一个前沿的研究领域，先进电子显微镜技术在为理解氧化还原活性材料中原子到纳米级尺度的微观结构及其与器件的电化学性能之间的关系方面带来了新的可能。