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[转载]CPB2025年封面文章集锦-2

已有 105 次阅读 2026-1-4 11:18 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

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Synergistic Bulk and Surface Engineering via Rapid Quenching for High-Performance Li-Rich Layered Manganese Oxide Cathodes

Xinyun Xiong(熊馨筠), Sichen Jiao(焦思晨), Qinghua Zhang(张庆华), Luyao Wang(王璐瑶), Kun Zhou(周坤), Bowei Cao(曹博维), Xilin Xu(徐熙林), Xiqian Yu(禹习谦), and Hong Li(李泓)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (5): 058201

当前，电动汽车、便携式电子设备和电网级储能系统等领域的快速发展持续推动市场对高能量密度锂离子电池的需求，迫切要求开发具有更高比容量和工作电压的先进正极材料。尽管传统层状三元氧化物（尤其是富镍层状氧化物正极）目前可实现300–400 Wh/kg的能量密度，满足基本需求，但远程电动交通和下一代航空移动系统等新兴技术领域要求电池能量密度突破500 Wh/kg，这需要材料体系的根本性变革。富锂锰基正极（LRMs）通过阳离子（过渡金属）与阴离子（氧）的协同氧化还原反应，实现了超过300 mAh/g的超高比容量，展现出了巨大的潜力。然而，氧参与氧化还原的机制带来了严峻挑战：氧释放及其引发的过渡金属迁移会导致不可逆相变，进而引发低首效、电压衰减和容量衰退等电化学失效问题。

传统LRMs优化策略多局限于单一表面或体相改性，且常需复杂后处理工序。本工作研究思路与常规思路不同，创新性地将冶金工业中成熟的淬火技术引入正极材料制备，采用经济环保的冰水混合物（0 ℃）作为淬火介质，在实现LRMs体相-表面协同改性的同时，省去了正极生产过程中高能耗的水洗步骤。针对低锂含量前驱体在自然冷却过程中易发生热力学驱动的相分离和杂相生成问题，通过快速热淬火技术，在体相过渡金属层诱导部分阳离子无序化，同时在表面构筑岩盐/尖晶石复合钝化层。这种双重改性产生协同效应：增强的结构稳定性与优化的氧氧化还原活性达到平衡，既有效抑制不可逆氧损失，又缓解正极-电解液界面副反应，更重要的是抑制了长循环过程中有害相变（如尖晶石/岩盐相转变）的发生。优化后的LRM正极展现出307.14 mAh/g的较高的首次放电容量，200周循环后容量保持率达94.12%。该研究为开发高性能锂离子电池用高容量、高结构稳定性LRMs提供了可规模化应用的解决方案。

Two-step growth of 4-inch multilayer MoS₂ wafers

Yang-Kun Zhang(张养坤), Yu-Chen Wang(王雨辰), Wei Yang(杨威), Dong-Xia Shi(时东霞), Luo-Jun Du(杜罗军), and Guang-Yu Zhang(张广宇)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (6): 068103

二硫化钼（MoS₂）作为最具潜力的二维半导体候选材料之一，未来有望超越传统硅基器件，并在纳米电子学和光电子学等领域展现出广阔的应用前景。为了更加充分地发挥MoS₂的应用潜力，实现大面积、高质量、层数均匀的多层MoS₂薄膜的可控制备非常必要，但目前非常具有挑战性。

本文作者设计了一种两步氧辅助化学气相沉积（OA-CVD）方法，并在蓝宝石衬底上实现了从单层到三层的四英寸MoS₂薄膜晶圆的可控制备。另外，与之前的一步直接生长策略相比，两步OA-CVD策略可以精确控制每一层MoS₂的独立生长，从而为探究不同生长参数对多层MoS₂生长的影响提供了可能。与基于单层MoS₂薄膜的柔性场效应晶体管相比，由双层（三层）MoS₂制成的柔性场效应晶体管具有更加优异的器件性能。本工作为研究多层二维范德华材料的生长调控和可控制备提供了新的见解。

Atomic insights into topochemical fluorination and strong octahedral tilt in La₂CoO₄

Yuzhou He(何玉洲), Ting Lin(林挺), Shiyu Wang(王诗雨), Ang Gao(高昂), Ziang Meng(孟子昂), Tianping Ying(应天平), Zhiqi Liu(刘知琪), Lin Gu(谷林), Qinghua Zhang(张庆华), and Binghui Ge(葛炳辉)

Chin. Phys. B, 2025, 34 (7): 076102

钙钛矿氧化物的阴离子调控工程是调控材料电子结构与物性的重要手段，传统研究多依赖如X射线衍射、中子衍射等平均化表征手段，难以解析局部畸变与动态位点竞争，导致阴离子取代路径及阴离子有序化规律长期存在争议。

本文选取层状Ruddlesden-Popper结构La₂CoO₄为模型体系，通过低温拓扑化学进行氟化，旨在揭示氟取代的动态路径及其对材料性能的调控机制。结合球差校正透射电子显微术（STEM）与电子能量损失谱（EELS），实现了氟/氧原子占据位点的直接成像与定量解析。研究表明，氟化过程中氟优先取代八面体顶端氧位点，诱导电子态演变与八面体倾转；首次发现了中间相La₂CoO_3.5F，并揭示了氟化从顶端取代到间隙位点填充的动态路径。本文的研究为层状氧化物的阴离子动态过程解析提供了新范式。

First-principles calculations on strain tunable hyperfine Stark shift of shallow donors in Si

Zikai Zhou(周子凯) and Jun Kang(康俊)

Chin. Phys. B, 2025, Vol. 34(8): 087102

Kane架构是一种基于硅中浅能级施主杂质电子和核自旋作为量子比特的量子计算机方案。通过栅极电场精准调控杂质原子核与电子间的超精细相互作用，是实现该架构中量子操作和测量的关键技术。超精细相互作用的精确计算依赖于对杂质波函数的准确描述。然而，由于浅能级杂质波函数极为扩展，计算所需超胞尺寸远大于常规第一性原理方法的计算规模。

本文利用电势补缀和折叠谱计算方法，在包含数十万硅原子的超胞中对浅施主杂质态进行了第一性原理计算。计算模拟了电场和应变对超精细相互作用的调控作用，模拟结果与实验高度吻合。在此基础上，本文进一步探索了应变对电场调控超精细相互作用能力的扩展效应，并针对不同杂质和电场方向，预测了应变增强量子门操作速度的区间。

该研究验证了电势补缀法可以克服常规第一性原理计算对体系尺寸的限制，准确地对浅能级杂质的波函数相关性质进行模拟。相关计算结果有望为 Kane 量子计算机的发展提供理论帮助。