中山大学章志珍、滑铁卢大学Linda Nazar最新Nature Reviews Materials揭示固态电解质离子输运新机制

快离子导体是固态器件中不可或缺的组成部分，这类材料在固态状态下表现出和液态媲美的离子电导率。从原子尺度上理解离子超快传导行为的本质，有助于其应用于固态电池等新技术中，但目前仍是一个严峻的挑战。过去三十年对各种材料离子输运行为的研究对理解阳离子传导机制提供了深刻见解，然而这些研究主要集中在探究静态晶格骨架对阳离子扩散的影响，忽略了阳离子-阴离子相互作用的贡献。近期的研究表明，基于paddle-wheel机制的阴离子转动对于阳离子扩散传导具有显著的促进作用，然而，阴离子转动通常只在一些离子导体的高温相中存在。本文通过回顾近些年对于阴离子转动现象的研究和认识，提出通过采取机械方法或者缺陷化学的方法可以将阴离子转动稳定在室温，从而在室温下利用paddle-wheel促进阳离子传导，为设计新型的快离子导体提供了新的指导思路。

【成果简介】

中山大学章志珍教授（一作）、加拿大滑铁卢大学Linda Nazar院士（通讯作者）基于其在近期的研究工作中（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 19360-19372；Matter, 2020，2 (6), 1667-1684）首次发现室温聚阴离子转动现象及阴离子转动通过paddle-wheel机制促进阳离子传导这一新的离子传导机制进行了评述，对阴离子转动如何影响阳离子的扩散展开了深入的讨论，并提出将阴离子转动稳定在室温的策略从而成功地在室温下利用paddle-wheel机制来显著提高阳离子电导率（几个数量级）。该研究以题为“Exploiting the Paddle-Wheel Mechanism for the Design of Fast Ion Conductors”的论文发表在材料领域国际顶级学术期刊《Nature Reviews Materials》。”

【研究亮点】

(1). 将无机离子导体中的阴离子转动行为与塑晶材料中的离子行为进行了类比，并对各种类型的阴离子转动行为及其与阳离子电导率的关系进行了梳理；

(2). 深入探讨了阴离子转动如何通过paddle-wheel机制改变阳离子传导所感知的势垒，从而促进阳离子传导；

(3). 创新性地提出稳定阴离子转动行为的策略，为未来快离子导体的设计提供了新的指导思路。

【图文导读】

1. 塑晶的研究背景

塑晶是一种介于有序晶体和液相/熔融态之间的中间态，具有长程有序、短程无序的特点。塑晶（通常是有机化合物）中的分子随机取向，仅通过微弱的长程力进行相互作用，其通常具有高度的可压缩性和可变形性，因此被定义为“塑性”的。传统的塑晶可分为分子晶体或离子晶体，由离散分子或离子构成，位于特定的晶格位置。在有机塑晶材料中，无论是阳离子还是阴离子都可以在固体状态下表现出旋转自由度。塑晶相采用高对称结构，通常为立方排列，例如面心立方（fcc）或体心立方（bcc）排列。这些不寻常化合物中的分子离子通常呈现“球状”形状，即要么围绕中心对称，要么通过绕轴旋转而呈现球形。由于分子之间的相互作用相对较弱，重新定向过程的发生几乎没有阻碍。图 1a对比说明了有序相和塑晶（转动相）中分子的取向。

塑晶具有多种特征，其一是单价和二价阳离子均可在塑性晶体中表现出高的可移动性，仅因阳离子尺寸差异而略有不同，显著区别于常见的固态电解质（阳离子的可移动性主要取决于离子半径和价态）；另一个显著特征是相较于有序晶体，塑晶在熔化时具有较小的焓变和熵变，而发生固态相变时焓变和熵变较大（图1b）。

图1. 塑性晶体的特点。(a）有序相和转子相（塑性晶体）中分子取向的对比；(b)典型的有序晶体和塑性晶体熔化焓变和固相转变焓变。

2. 表征阴离子运动的技术手段

核磁共振（NMR）可用于测量较宽的时间尺度内阴离子和阳离子的运动，固态核磁弛豫法可获得原子跃迁频率、扩散系数及相关活化能、阴阳离子运动过程中是否协同效应等信息。扩散系数（Dr）的结果反映了与NMR相互作用的时间尺度相当的局部运动过程。由于中子的波长、动能与材料中原子间距离、激发能相近，准弹性中子散射（QENS）可用于探测长程扩散运动和短程局部运动相关的动力学过程。使用最大熵法（MEM）分析中子衍射的数据，重构核密度图，可以获得纳秒尺度内结构无序的相关信息，进而探索聚阴离子的旋转运动。从头算分子动力学模拟（AIMD）能够记录每个原子在飞秒尺度内的运动信息，弥补了QENS和MEM仅能获得原子运动的统计平均信息的不足，可直接证明阴阳离子的运动的动力学信息，从而研究其耦合关系。

3. 无机导体中阴离子的旋转

过去四十年的研究表明，转动相存在于碱金属无机盐中（图2）。作者将存在阴离子无序或阴离子旋转运动的盐按结构分类并分别介绍其特点，从而建立起阴离子转动、晶体结构特点、阳离子输运性质之间的联系。

图2.有机和无机盐中转动相的发现时间表。

3.1 [SO₄]^2-与[PO₄]^3-的旋转

一些具有[SO₄]^2-和[PO₄]^3-的无机盐在高温时呈塑晶相，即[SO₄]^2-和[PO₄]^3-聚阴离子发生旋转运动，这种旋转运动与有序-无序相变时伴随的离子电导率的几个数量级的跳跃同时发生。Li₂SO₄是首个被报道的具有这种阴离子转动现象的材料，该化合物在转变温度T_trans（848K）时发生一级相变，从单斜β多晶转变为立方α相。它的低温四方相具有较差的离子导电性和较高的活化能（E_a＞2 eV），当温度接近相变温度T_trans时，Li⁺离子电导率提高了四个数量级。这一发现当时并没有引起足够的重视，直到后来确定高温相的α-Li₂SO₄其阴离子属于面心立方密堆积(fcc)。更为重要的是，在接近其熔点1,133K的温度下，电导率（1.0-3.0S cm-1）与熔融状态的电导率大小相同：熔融时，电导率仅提高28%。阴离子采用高对称性排列，硫酸根离子围绕S球形无序排列；Li⁺离子位于四面体位点，而八面体位点仍然空着。β→α相变的特点是体积明显膨胀（4.5%），并且该相变的焓变很大，高达24.8 kJ mol-1，约为熔化焓变（9.0 kJ mol-1）的三倍。事实上，Li₂SO₄是只是硫酸盐中具有转动特性的其中之一，其他具有类似结构的离子导体，如LiNaSO₄和LiAgSO₄，高温相也呈高对称性结构（体心立方结构），并具有极高的阳离子电导率（~1 S cm^-1），且相变过程也伴随着比熔化更大的相变焓变。相比之下，六方Na₂SO₄（高温相）没有表现出高的电导率（图 3a），也不是转动相，其熔化焓变（21kJ mol^-1）远大于相变焓变（6.5kJ mol^-1）。

Li₂SO₄转动相表现出的高离子电导率被认为是由于阳离子的扩散与阴离子运动的耦合引起的。当时有人提出阳离子穿过由阴离子转动构成的“旋转门”时其扩散受到促进。这种效应最初被称为“cog-wheel机制”，后来被称为齿轮机制(paddle-wheel)（图3b）。paddle-wheel机制指出阳离子周围的聚阴离子旋转有助于促进阳离子的扩散跃迁。将熔融的Li₂SO₄进行淬火处理，可将其无序结构稳定至室温，相较于自然冷却所得的低温相，淬火产物具有更高的离子电导率。由此说明了paddle-wheel机制对提高阳离子电导率的重要性，也为具有阴离子无序的离子晶体的高离子导电性提供了合理的解释。

[PO₄]^3-聚阴离子也可发生旋转运动。纯Na₃PO₄低温时为四方多晶α相，表现出较差的离子导电性(~10^-5 S cm^-1, 573 K)，在约600 K时发生相转变，转变为具有高对称性的立方多晶γ相，并伴随着体积膨胀(2.8%)、电导率提高一个数量级、E_a下降等现象（图3d）。高温相的γ-Na₃PO₄为转动相（图3c，左），即[PO₄]^3-的一个C₃轴随机沿六个等价的[100]取向，其余的三个氧原子在垂直于该[100]方向的面上离域化分布。在Na₃PO₄的相变过程中，[PO₄]^3-取向无序与阳离子电导率提高的同时发生证明阴离子运动可以促进Na⁺的扩散。淬火无法稳定Na₃PO₄的高温γ相，然而加入NaOH等添加剂能够显著降低T_trans，掺杂二价（Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺）或四价（Zr⁴⁺）离子也能产生相同的效果，使电导率提高2~3个数量级。近期有研究报道添加剂和机械球磨对Na₂Zn_0.5PO₄结构转变的影响：Na₂Zn_0.5PO₄低温呈α相，高温为β和γ多晶相。β多晶相可以通过用Ga³⁺和Al³⁺部分取代Zn²⁺来稳定，而γ多晶相可以通过球磨引入无序，增加体系的熵而使得高温相稳定在室温。

图3. [SO₄]^2-和[PO₄]^3-聚阴离子在无机碱金属离子导体中的旋转。(a) Li₂SO₄和Na₂SO₄的电导率(σ）与温度(T)的关系；(b) α-Li₂SO₄中所提出的Li⁺迁移的paddle-wheel机制；(c) HT γ-Na₃PO₄的晶体结及和三个O原子在Na₃PO₄中的旋转运动示意图（右）；(d) Na₃PO₄的电导率与温度的关系；(e) Na₂Zn_0.5PO₄的三种晶体结构。

3.2 [BH₄]^-的重定向

LiBH₄在高于T_trans（390 K）时转变为超离子导体(σ≈10^-3 S cm^-1）。发生一级相变时，该材料从低温正交相转变为高温六方相，且伴随着[BH₄]^-有序-无序转变、单胞体积减小、Li⁺电导的显著提高（约三个数量级）。基于原位同步辐射X射线得到的各向异性位移椭球揭示了高温相中[BH₄]^-四面体的高度无序性，宽温度范围内的中子粉末衍射也证实了随温度升高[BH₄]^-的无序度显著增加。相较于低温相，高温相声子态密度的低能（<15meV）部分更加显著，也证明了[BH₄]^-重定向的无序性。

T_trans对于利用paddle-wheel机制、在较低温度下实现高离子电导率至关重要。阴离子混合是一种调控阴离子骨架及其重定向能力的有效策略，向LiBH₄中添加LiX (X=Cl, Br, I)可将T_trans降低至353 K，该策略的调节效果与晶胞参数相关，并随着卤素离子半径增加而变得更加显著。在LiBH₄中添加超过12.5%的LiI时，可将T_trans降低至室温，并显著提高其离子电导率（2×10^-5 S cm^-1, 300 K）。准弹性中子散射和非弹性中子散射的结果表明，I^-可将[BH₄]^-的旋转频率提高100倍以上，并显著降低[BH₄]^-的旋转激活能。多种聚阴离子的混合或阴离子晶格的重排，可导致Li⁺在多个晶格位点重新分布，并产生不同于主体材料的Li⁺的局部配位环境。例如，将LiBH₄和LiNH₂以不同比例混合，生成的Li₂(BH₄)(NH₂)、Li₃(BH₄)(NH₂)₂、Li₄(BH₄)(NH₂)₃等氢化物表现出极高的离子电导率。研究表明，这些材料中Li⁺高的可移动性与B-H、N-H的重定向运动密切相关。此外，实验测得的LiBH₄中[BH₄]^-的H原子旋转运动的激活能(0.69 eV)与Li⁺扩散激活能(0.67 eV)相近，表明这两种运动可能会在同一频率发生。

3.3 [B_nH_n]^2- (n = 10, 12)的重定向

尽管MBH₄ (M = Li, Na)及其衍生物具有高离子电导率，但其电化学稳定性、热稳定性及湿空气稳定性差。然而，值得注意的是，其反应的中间产物M₂B₁₂H₁₂因准球形框架中有较强的B-B键而具有良好的化学稳定性和热稳定性。M₂B₁₂H₁₂还表现出优异的电化学稳定性和宽电化学窗口（高达5V）。[B₁₀H₁₀]^2-或[B₁₂H₁₂]^2-聚阴离子为M₂B₁₀H₁₀和M₂B₁₂H₁₂ (M = Li, Na)阳离子的输运提供了更大的自由体积，有助于促进阳离子的扩散。在超过T_trans时会发生有序-无序的相变，高温相中高度无序的聚阴离子网络结构加上富含空位的阳离子亚晶格，使得这些盐展现出极高的阳离子导电性（图4d）。

Na₂B₁₂H₁₂可发生两次相变，即在529 K时从有序的单斜结构转变为部分无序、阴离子伪体心立方密积的结构，并在545 K时转变为完全无序、阴离子体心立方密积的结构。向高温相的转变伴随着微小的体积收缩（3.4%）和离子电导率约三个数量级的提高(0.1 S cm^-1, 540 K）。Na₂B₁₀H₁₀的有序-无序相变发生在更低的温度下(373 K)，并在高于转变温度时展现出极高的离子电导率(0.01 S cm^-1, 383 K)。²³Na NMR的结果表明有序-无序的相变过程伴随着Na⁺跃迁频率显著提高、激活能显著降低(高温相0.190 eV，低温相0.750 eV)。密度泛函理论计算表明该材料得高离子电导率与[B₁₀H₁₀]^2-的转动相关：阴离子转动促进Na⁺跃迁到八面体位，并使四面体位连通形成连续的离子输运通道，显著降低Na⁺迁移能垒。

使用C-H取代[B₁₂H₁₂]^2-和[B₁₀H₁₀]^2-中的一个B-H可生成结构相似的[CB₁₁H₁₂]^-和[CB₉H₁₀]^-。相较于MB₁₂H₁₂，LiCB₁₁H₁₂和NaCB₁₁H₁₂相变温度显著降低(400 K, LiCB₁₁H₁₂; 380 K, NaCB₁₁H₁₂)，且高温相展现出更高的离子电导率和更低的活化能。碳代硼酸盐更高的离子电导率是由更低的阴离子价态、更强的阴离子运动能力，更多的阳离子空位及更大的晶胞参数引起的。

图4. [BH₄]^-和[B_nH_n]^2-聚阴离子在无机碱金属离子导体中的旋转。(a) LiBH₄结构中的六元Li-BH₄环（左）和BH₄晶胞（右），椭圆体概率为40%；(b) Li₂(BH₄)(NH₂)、Li₃(BH₄)(NH₂)₂和Li₄(BH₄)(NH₂)₃以及主体材料的电导率与温度的关系；(c) NaBH₄、Na(BH₄)_0.75I_0.25、Na(NH₂)_0.5I_0.5和Na(BH₄)_0.5(NH₂)_0.5的电导率与温度的关系；(d) 钠、锂闭合型硼酸盐和碳代闭合型硼酸盐的电导率与温度的关系；(e) 基于从头算分子动力学(AIMD) 计算的Na⁺和[CB₁₁H₁₂]^-之间的局部相互作用；(f) LiCB₁₁H₁₂和NaCB₁₁H₁₂的无序相的阴离子跳跃与温度的关系。

3.4 [PnX₄]^3-（X = S，Se）的旋转

近期对Na₁₁Sn₂PnX₁₂（Pn=P, Sb；X=S, Se）材料的研究证实了阳离子扩散运动与聚阴离子（[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-）旋转运动之间存在强耦合关系。作者利用基于中子衍射的MEM分析，首次从实验上证实了[PS₄]^3-基团存在聚阴离子转动现象（图5a-c）。并发展了一种时间关联函数，从理论上严格证实了阴离子转动能够促进阳离子的传导，且两者之间的运动是耦合的。相比之下，在导电性较差的Na₁₁Sn₂SbS₁₂中，[SbS₄]^3-的旋转运动明显受阻。这一现象与聚阴离子得成键性质有关：P-S和P-Se键具有更强的共价性，有利于[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-的旋转；而在Sb-S键更强的离子性提高了亥姆霍兹自由能谱中的势阱深度，因此[SbS₄]^3-的旋转受阻。[PS₄]^3-和[PSe₄]^3-的旋转运动与阳离子的扩散相耦合，即可通过paddle-wheel机制即时地扩大Na⁺扩散所需要跨越的由三个S原子构成的三角形瓶颈，促进阳离子的扩散（图5g, h）。阻抗谱和AIMD模拟的结果也表明，高温转动相的高离子导电性与阴离子旋转运动有关。

图5. [PnS₄]^3-聚阴离子在Na₁₁Sn₂PnX₁₂（其中Pn=P、Sb；X=S、Se）中的旋转。(a，b) 变温中子粉末衍射的Na₁₁Sn₂PS₁₂的核密度图；(c) 由从头算分子动力学(AIMD)模拟得到的Na₁₁Sn₂PS₁₂、Na₁₁Sn₂PSe₁₂和Na₁₁Sn₂SbS₁₂的[PnX₄]^3-聚阴离子的三维概率密度分布；(d-f) Na₁₁Sn₂PS₁₂、Na₁₁Sn₂PSe₁₂和Na₁₁Sn₂SbS₁₂的亥姆霍兹自由能表面；(g，h)  AIMD模拟分析证明[PS₄]^3-/[PSe₄]^3-阴离子旋转与Na⁺输运存在耦合。

Paddle-wheel机制也可用于解释硫代磷酸盐高离子电导率得原因。使用Si⁴⁺取代P⁵⁺可将高温转动相(β-Li₃PS₄)稳定至室温，生成的Li_3.25Si_0.25P_0.75S₄具有更大的晶胞参数和更高的离子电导率(1.22 mS cm^-1)，该材料表现出高离子电导率的原因与Na₁₁Sn₂PS₁₂相同，即[PS₄]^3-转动扩大了Li⁺输运瓶颈，促进了Li⁺扩散。此外，Li₆PS₅X (X=Cl, Br, I)中[PS₄]^3-也存在旋转运动。

除了聚阴离子旋转外，阴阳离子相互作用也对阳离子的输运具有促进作用。AIMD模拟结果表明Li₃InBr₆中Br^-导致的局部化学环境波动可促进Li⁺输运， Li和Na的卤化物电解质中MCl₆也可以发生转动，其对阳离子扩散的影响需要进一步研究。

4. 在室温下稳定转动相

大多数化合物仅能在其高温相中才表现出阴离子转动行为及超快阳离子传导性质，故而有必要将有序-无序的相变温度降低到接近或甚至低于室温，使得在室温下paddle-wheel机制被激活从而开发室温高阳离子电导率的材料。无序的高温相可通过特定的化学调控策略来稳定，即提高无序相的热力学稳定性来降低T_trans，或通过动力学抑制的方式，使得高温相的无序结构被部分冻结在室温。前者可以通过调节阴/阳离子的尺寸比、改变聚阴离子的对称性及混合其他阴离子等方式，调整固定的或可移动的亚晶格来实现（图6a, b），具体的方式包括：将多种元素整合到同一晶格位点或引入阳离子无序，通过熵增的方式将阳离子和阴离子的无序结构稳定在室温；进行球磨处理减小晶体尺寸，从而有效降低T_trans（图6d）。后者可通过使玻璃态前驱体结晶使得玻璃态的无序部分保留在室温（图6c）或将玻璃态前驱体淬火处理来实现。

图6. 在室温下稳定旋转相。(a) 无序的超离子相可以通过与其他阴离子混合以诱导阳离子/空位无序，从而增强热力学稳定性；(b) 用[BH₄]^-取代阴离子会产生转子相并引起电导率σ显著增加；(c) 玻璃前驱体的结晶可以在阴离子亚晶格中“冻结”无序，从而引发阳离子无序；(d) 作为淬火的替代方法，球磨减小了微晶的尺寸并引入了无序效应，可以将类似高温的快离子导电相在室温中稳定，从而导致阳离子电导率提高几个数量级。

值得注意的是阴离子重定向或旋转运动的起始温度应通过实验的方式确定，例如结合差示扫描量热法、X射线/中子衍射及变温电导的测量来完成。无法单独通过AIMD模拟确定该温度，这主要是因为低模拟温度所得的数据十分有限。

5. 阴离子动力学的影响

在Li₂SO₄的转动相中，单价阳离子(Li⁺, Na⁺, K⁺, Ag⁺ ,Rb⁺, Tl⁺)扩散系数为10^-5 cm² s^-1， 二价阳离子(Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺)扩散系数为10^-6 cm² s^-1，这一现象无法用传统的离子跃迁机制解释。此外，其离子电导率-温度曲线不符合Arrhenius关系，表明离子跃迁不是通过简单的热激活导致的，应将阴离子转动考虑进来。

当聚阴离子旋转与阳离子扩散发生在同一时间尺度上时，这两种运动存在协同作用。AIMD模拟表明，阴离子旋转可瞬时扩大阳离子迁移的瓶颈，降低阳离子跃迁能垒。在宏观尺度上，聚阴离子旋转可在扩散开始时及扩散过程中降低阳离子所感知到的势能。短时间尺度的阴离子旋转可改变局部势能，为阳离子扩散提供了驱动力，导致阳离子重排并沿着低能垒的路径扩散。

6. ASSBs中转动相的评估

聚阴离子的旋转运动广泛地存在于多种固态电解质中，包括硫代磷酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼氢化物、闭合型硼酸盐和卤化物，而超离子导体中的阴离子运动及其与阳离子扩散的耦合程度还需要进一步的研究。相较于基于有机液体电解质的传统充电电池（图7a），ASSB有望实现更高能量密度和更高安全性，因为它们可以整合高压正极和锂金属负极且不具有易燃易爆的性质（图7b）。以两类固态电解质为例，介绍转动相的电化学性能，一类是具有高离子电导率的硫代磷酸盐：Li₁₀GeP₂S₁₂（12 mS cm^-1）及其衍生物；另一类是Li⁺导电或Na⁺导电的卤化物，它们在与高压氧化物正极接触时表现出良好的电化学稳定性。

硫代磷酸盐具有良好的延展性，容易形成致密的低电阻正极复合层，但其电化学窗口窄，易发生氧化还原反应。因此，包覆材料对于稳定电解质/电极界面至关重要。在LiNbO₃的保护下，基于Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)型骨架硫代磷酸盐材料的ASSBs即使在充电至高压时，也能在高倍率下表现出优异的电池性能，表明ASSBs可提供高功率密度（图 7d）。

最近发现的具有高导电性的卤化物电解质引起了广泛的关注。锂和钠的卤化物在与高压氧化物正极接触时表现出良好的电化学稳定性（高达4.6V，甚至4.8V），并在ASSB中表现出优异的循环稳定性（图7c）。这些研究表明，无机塑晶相是有前途的固体电解质，可以在未来几年进一步推动具有高功率密度和高电压的ASSBs的发展。

图7. 评估ASSB中的旋转相。（a，b）传统液态锂离子电池和锂金属全固态电池示意图；（c）两种不同ASSB在不同倍率下的放电曲线；（d）已报道的电池和电容器的Ragone 图。

【总结与展望】

利用最先进的技术(NMR, QENS和AIMD)已积累了足够的证据来证实和解释 paddle-wheel 机制——即转动相中阴离子的旋转运动有利于促进阳离子的平移扩散。过去几年的研究不仅拓宽了我们的视野，更重要的是指出了利用paddle-wheel机制预测和开发材料的新方向。阴离子旋转的起始温度可以通过熵增机制进行调控，实现较低的相变温度或从动力学上将高温无序结构冷冻在室温。化学取代、机械球磨和高温熔体淬火等方法已被证明是有效的调控手段。利用阴离子旋转来提高无机转动相的离子电导率是一种具有潜力的探索新型超离子导体的方法。阴离子动力学也可以作为一种额外的描述符，帮助我们理解固态材料种离子传导现象及机理。

[1] Zhang, Zhizhen; Nazar, Linda F*; Exploiting Paddle-wheel Mechanism for the Design of Fast Ion Conductors. Nature Reviews Materials, 2022, https://www.nature.com/articles/s41578-021-00401-0.

[2] Zhang, Zhizhen; Nazar, Linda F.*; Coupled Cation-Anion Dynamics Enhances Cation Mobility in Room-Temperature Superionic Solid-State Electrolytes, Journal of the American Chemical Society, 2019, 141(49): 19360-19372.

[3] Zhang, Zhizhen; Linda F., Nazar*; Targeting Superionic Conductivity by Turning on Anion Rotation at Room Temperature in Fast Ion Conductors, Matter, 2020, 2(6): 1667-1684.

作者介绍：

章志珍，中山大学“百人计划”引进中青年学术骨干。博士毕业于中国科学院物理研究所，师从中国工程院院士陈立泉研究员和中科院万人领军计划引进的胡勇胜研究员（国家杰青）。随后在加拿大滑铁卢大学Linda Nazar院士组完成博士后研究。2020年入职中山大学材料学院。长期从事固态电化学相关的储能电化学材料与器件的研究，致力于锂/钠离子在固体中输运机理的研究以及锂/钠固态电池中固-固界面扩散动力学的调控。结合中子衍射、透射电镜等实验表征手段及第一性原理计算、从头算分子动力学 (AIMD) 模拟、声子谱等理论模拟，从微观原子尺度理解固体材料中离子输运行为及跃迁机制。取得了一系列原创性的成果，近5年来共发表高水平学术论文近30篇，一作/通讯论文包括国际顶级学术期刊Nature Review Materials, J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., Matter, Sci. Advances, Adv. Energy Mater.等，多篇ESI高被引论文，单篇最高引用近600次。详见：https://scholar.google.com/citations?user=sD5G6F0AAAAJ&hl=en。担任Frontiers in Energy Research的客座编辑及多个具有重要影响力期刊的常用审稿人。

Linda Nazar,加拿大皇家学会及英国皇家学会院士、国际顶尖的能源材料与固态化学专家、加拿大固态能源首席科学家。其研究涵盖锂硫电池、锂空气电池、锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池等。曾获MRS 奖章（2020）、英国皇家学会会士（2020）、CIC奖章（2019）、加拿大委任官员（2015）、加拿大皇家学会会士（2011）、美国化学会化学或化学工程杰出女性奖（2011）、加州理工杰出摩尔学者（2010）、国际电化学会电池研究奖（2009）、“全球高被引科学家”（2014、2016、2018、2020）等。在Science、Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Energy、Chem. Rev.、JACS、Energy Environ. Sci.、Nat. Commun.、Angew、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等国际著名期刊上发表论文300多篇，被引53000多次，H因子107。担任Energy Environ. Sci., Matter等杂志的编委。