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施思齐团队联合清华大学南策文院士、中科院物理所陈立泉院士在《Progress in Materials Science》上发表长篇综合评述文章


创建时间： 2023年01月31日 23:06 樊建荣浏览次数：

近日，上海大学材料学院施思齐团队与清华大学南策文院士、中科院物理所陈立泉院士合作在《Progress in Materials Science》发表了题为“Fundamentals and advances of ligand field theory in understanding structure-electrochemical property relationship of intercalation-type electrode materials for rechargeable batteries”的长篇综合评述文章，全文分为4章，26个大图，共计30000余字，汇聚了团队对于配体场理论应用在理解可充电电池离子嵌入式电极结构与电化学性能（如电压、比容量、相稳定性等）关系现状及发展方向方面大量见解与实践。该期刊是国际材料科学研究领域的权威学术期刊，在材料界具有重要影响。它致力于发表具有极高影响力的综合评述文章，以全面、权威、重要和可读性而著称，期刊最新影响因子为48.165（中科院材料科学大类排名：TOP 1）。文章第一作者为上海大学材料学院王达副研究员，通讯作者为上海大学材料学院施思齐教授，其他作者包括团队成员喻嘉副研究员和李亚捷博士。此外，文章合作者有美国德克萨斯大学奥斯汀分校（现就职于中科院物理研究所）李玉涛研究员、北京大学李彪博士、澳大利亚昆士兰科技大学王红霞教授、上海大学可持续能源研究院易金副研究员及宁芳华博士。上海大学为第一单位。

离子嵌入电化学是推动现代储能蓬勃发展的关键技术之一。获得广泛商业化使用的单价/多价金属离子电池所含过渡金属基正极通常以过渡金属离子作为氧化还原中心，其电子结构高度依赖于过渡金属和配体间的杂化行为，受到材料局部配体场的严格控制。从配位场理论出发，揭示出局域结构对电极电化学性能的本质影响，并结合第一性原理计算等先进方法从微观尺度确定系统中电子占据态等性质，为其定量预测不同电极材料电化学性能提供独特的视角，因此带来配位场理论在电化学储能中应用的实质性突破。为此，文章综合评述了从晶体场理论到配位场理论的发展历程，梳理了基于对称匹配原理的原子轨道劈裂和分子轨道杂化理论，以及配位场理论中的所涉概念及规律，尤其对离子嵌入电化学过程中与电压相关的费米能级计算、与相稳定性相关的晶体场稳定化能计算、以及与阴离子氧化还原活性相关的理论模型构建等进行了详细地介绍。此外，结合团队自主开发的可根据电极体系局域配位环境推导其原子轨道劈裂特性并自动化识别体系杂化分子轨道能级排布程序：“识别局部配位场构建晶体分子轨道能级程序（MOELD-LLF，目前已开源，访问地址：https://gitlab.com/shuhebing/MOELD-LLF）”，以及团队近几年提出了一系列提高电化学储能材料离子嵌入电压、容量、相稳定性以及电子电导的策略（如文末相关论文链接），文章中系统性地总结和讨论了一些代表性的新型电极体系（如固态电池用无锂嵌入式电极和无过渡金属电极等）。最终，提出通过配体场理论理解可充电电池离子嵌入式电极结构与电化学性能关系的应用前景和挑战。该文章不仅能全面满足初学者对配位场理论基础知识的需求，对学术界和工业界进一步拓展及提炼配位场理论在离子嵌入电化学领域中的应用也将起到积极的引领作用。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。