用原位透射电镜研究金属氧化物中的电化学离子嵌入过程

发布时间：2021-10-12 07:38

　　原位透射电镜（in-situ TEM）具有超高的空间和时间分辨率,可用于研究电化学反应的动态过程,已被广泛应用于研究电池工况下电极材料、电解质和固态电解质界面的演变过程。原位TEM在电化学领域的研究需要构建特殊的原位TEM用微电池。然而,目前的原位TEM用微电池结构仍然存在一些不足,比如:（1）因为TEM用微电池的活性物质载量少,难以进行电化学定量分析;（2）电解质和电极材料直接采用点接触的结构,偏离了真实电池的构造,改变了离子在电极材料中的扩散方式;（3）没有使用常规电解液,导致缺失了电解质和电极材料间的界面结构;（4）引入SiNx密封层,降低了成像质量。鉴于此,我们构建了基于芯片式的原位TEM用微电池,提高了 TEM用微电池中活性电极物质的载量。在原位TEM用微电池上,不仅能进行恒电压充放电,还可以进行与常规电池相同的恒电流充放电定量测试。利用构建的原位TEM微电池,我们用原位/准原位TEM方法表征了四氧化三锰（Mn3O4）和正交相五氧化二铌（T-Nb2O5）的锂化、钠化机理,对各个电化学放电平台的放电产物进行了细致的TEM研究,结合电子衍射图、高分辨电镜像图和能量散射谱（EDS）... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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图１．２透射电子显微镜结构图（由ｊｅｏｌ提供）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ??照明部分??

第一章绪论??ｆ凋明＊ｃ灯？ａ＞?＾电子麥??！：?＿ｉ：：??／丨?＼??徽置??ｉ?１?＇?Ｉ??＜ａ）?（的?⑷??图１．３光学显微镜与透射电子显微镜比较图【１３】。（ａ）光学显微镜；（ｂ）透射电镜成像模??式；（ｃ）透射电镜衍射模式??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ａｎｄ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ１＇３＇??像差??透射电镜的主要分辨率取决于物镜，物镜（磁透镜）分辨率ｄ可以表示为［１２］：??ｄ?一??ａ??人为电子波长，ａ为孔径角。根据这个公式，在１００?ｋｖ时，电子波长为０．０３７??Ａ的情况下，透射电镜的分辨率可以达到０．０２Ａ。但实际电镜的分辨率远远达不??到这个值，这是因为磁透镜的像差造成的。其可分为球差、色差、像散和慧差等。??球差存在的原因主要来源于磁透镜的边缘部分对电子束的聚焦能力强于磁??６??

第＿章绪论??射图分析时，通常只考虑一级衍射。所以布拉格公式也可写成??．ｅｉ／??ｓｉｎ０＝?２??为了直观的理解电子衍射，可用Ｅｗａｌｄ球演示。如图１．４所示，以ｌ／ｄ为直??角边，２从为斜边做直角三角形ＡＯＧ，以１从为半径，Ｏ’为中心做一个球，那么??Ａ、０、Ｇ都落在球面上。当把晶体样品放在球中心Ｏ’上，若让电子束沿ＡＯ方??向照射到Ｏ’处的晶体样品上，则透射光继续沿着ＡＯ前进落到Ｏ点，而如果存??在正好满足布拉格衍射条件（ｈｋｌ）的衍射束，就会沿Ｏ’Ｇ方向前进，落在Ｇ点??处。那么０Ｇ则为（ｈｋｌ）的倒易矢量。所以可以看出，Ｅｗａｌｄ球与晶体倒易杆的??截面代表了晶体的电子衍射图。??Ａ??＃?■??參命＃?．??图１．４电子衍射的Ｅｗａｌｄ球演示??Ｆｉｇｕｒｅ?１，４?Ｅｗａｌｄ?ｓｐｈｅｒｅ?ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ??晶体除了要满足布拉格衍射外，还需要考虑结构因子的影响，即晶体单胞中??的原子占位和原子数量情况。结构因子可用以下公式表示：??ｎ??＝（ｈｘ广?ｋｙ）?＋?ｌｚ；）??（ｈｋｌ）指特定的原子面，（ｘ；，ｙ７，?ＺＪ）是单胞中第ｊ个原子的坐标，石指ｊ原??９??

【参考文献】：
期刊论文
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[2]磷酸钒钠Na3V2（PO4）3电化学储能研究进展[J]. 宋维鑫,侯红帅,纪效波.  物理化学学报. 2017(01)
[3]钠离子电池:储能电池的一种新选择[J]. 李慧,吴川,吴锋,白莹.  化学学报. 2014(01)



本文编号：3432151