金属表面分子纳米结构的构筑及性质研究

结合近期研究工作, 简要介绍了在溶液环境下, 利用有机分子在金属表面构筑纳米结构, 利用光化学反应方法调控所得的纳米结构, 利用电化学扫描隧道显微镜对这些结构进行观察, 及利用毛细管隧道结方法测量纳米结构电学性质的相关结果. 并展望了表面纳米结构的构筑、控制和性质研究领域的发展趋势.     

单晶硅片负极界面形貌的原位AFM探测

利用原子力显微镜原位研究单晶硅片负极在首次充放电循环中的界面形貌变化。硅负极表面固体电解质界面(SEI)膜的形成过程为：初始SEI膜从1.5 V开始形成,在1.25–1.0 V之间生长快速,0.6 V左右生长缓慢。初始SEI膜具有层状结构的特征,表层薄膜较软,下层呈颗粒状,机械稳定性较好。在锂化电位下,硅负极表面的单晶结构逐渐变得颗粒化,发生不可逆的结构变化。经过首个充放电循环后,硅负极表面被厚度不均一的SEI膜所覆盖,SEI膜的厚度大约为10–40 nm。     

利用给体-π-受体分子模板在Au(111)电极表面构筑富勒烯带状结构(英文)

富勒烯与功能分子之间的电荷作用已经被广泛应用于功能性器件的构筑中.这些功能器件的性能与电极表面的薄膜排布结构有着密切关系.因此,研究电极表面的富勒烯和功能分子的组装结构对这些器件的构筑和功能的发挥有着重要意义.本文利用电化学扫描隧道显微镜技术,在HClO4溶液中系统研究了C60分子与有机电子给体-π-受体分子C16H33O-I3CNQ[Z-β-(5-hexadecyloxy-1,3,3-trimethyl-2-indolium)-α-cyano-4-styryl dicyanomethanide]在Au(111)电极表面的二维组装结构.研究发现:C16H33O-I3CNQ分子在Au(111)电极表面组装形成具有短程有序性的条陇状结构;而C60分子在C16H33O-I3CNQ模板之上组装形成了带状结构.C60分子带状结构的形成方向受到了C16H33O-I3CNQ分子中电子给体-π-受体部分排列结构的影响.C60分子与C16H33O-I3CNQ分子之间的π-π堆积作用和电荷转移作用对这种带状结构的形成有着密切关系.这一结果为利用富勒烯和功能分子之间的作用构筑功能器件提供了一种新的制备方法.     

TTF、TCNQ及电荷转移复合物TTF-TCNQ在Au（111）表面吸附的ECSTM研究

研究发现当电极电位处于双层区时,三种分子在Au（111）电极表面均可形成高度有序的吸附结构.TTF与TCNQ分子有序吸附层的单胞结构分别为（6×3）和（4×7）,如图1中的模型所示,分子均是以平躺的方式吸附在Au（111）电极表面.而当电极电位向负方向移至0.08V（RHE）时,TCNQ分子的吸附结构发生了相转变,形成了一种单胞为（3√3×12）的新型结构.这是由于在较负的电位下,TCNQ分子与金电极之间的作用减弱,而相邻分子之间的排斥作用占据主导地位,使得相邻分子间的角度由原来的60°增大至90°,单胞结构发生了相应的改变.电荷转移复合物TTF-TCNQ在Au（111）表面则构筑了层状吸附结构,而且分子不再以平躺形式进行吸附,而是采取肩并肩站立的方式堆积成有序结构,与单纯两种分子在吸附结构和吸附方式上均不相同,如图2所示.此时π-π堆积作用在分子的组装过程中占据主导地位,该堆积方式与TTF-TCNQ单晶和薄膜的结构具有一定的相似性.     

四氮杂杯芳烃三嗪衍生物在Au(111)表面的自组装结构的电化学STM研究

利用电化学扫描隧道显微镜和循环伏安法研究了一种新型的杂杯杂芳烃四氮杂杯芳烃三嗪衍生物在Au(111)表面的自组装结构. 高分辨的STM图像表明, 该杂杯杂芳烃可以在Au(111)表面形成长程有序的单层膜. 此外, 分子以1,3-交替构象吸附, 两个三嗪环平躺在表面, 而苯环倾斜吸附在基底上, 这是分子间与分子-基底间相互作用平衡的结果.     

固态锂电池电极过程的原位研究进展

固态锂电池(SSLBs)由于其安全性和潜在的高能量密度优势,被认为是下一代动力电池的重要发展方向.然而,目前仍存在固态电解质离子电导率低,电极/电解质界面兼容性和稳定性差等瓶颈问题.为了提高SSLBs的性能,阐明循环过程中电极、固态电解质及其界面间的动态演化是至关重要的.在过去的几十年里,各种先进原位表征技术的出现,促进了对高性能锂电池内部工作机制的理解,推动了SSLBs进一步发展.本综述系统地介绍了近几年原子力显微镜、电子显微镜、X射线显微镜等成像表征技术和拉曼光谱、X-ray基技术、中子深度分析等成分分析技术的原位研究进展.重点分析了各类表征技术在SSLBs循环过程中形貌和组分的演化,包括正极材料的相变、形变,金属锂的沉积/溶解、锂枝晶生长,固态电解质结构演化和固体电解质中间相的形成,进一步加深了对固态锂电池的理解.