孟祥敏等在晶体学剪切面原子级结构演变研究方面取得新进展

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缺陷是材料科学中非常重要且普遍的研究对象，能够直接影响晶体材料的光学、电学、磁学、力学、热学等特性。对于某些过渡金属氧化物，如氧化钨、氧化钼、氧化铌等，氧空位更容易导致Wadsley缺陷的形成，即晶体学剪切面，而不是点缺陷。Wadsley缺陷是一种特殊的面缺陷，典型特征是由共享边八面体和三维开放孔道组成的特殊结构。这种结构可以为锂离子提供便捷的的扩散路径和较大的存储空间。因此，许多基于剪切结构的氧化物具有高容量、快速充放电和长期循环寿命的特点，可用作高效的离子电池阳极材料。此外，在具有剪切结构的非化学计量钨氧化物中存在大量的氧空位，能够直接改变材料的带隙、电导率以及催化活性和稳定性。目前,已有许多工作研究了Wadsley缺陷的形成机制，并推测出了包括有序剪切模型、位错增殖模型、发卡增殖模型等在内的诸多模型。但是，这些工作都是基于非实时原位观察的表征结果，都属于推测的模型。因此，原位研究剪切结构的形成不仅能够有助于深刻理解这类特殊缺陷结构的形成过程，还有可能发现其他新的形成机制。

图1. 原位球差透射电镜研究WO3晶体学剪切面的形成动力学过程

　　近日，中国科学院理化技术研究所公共技术中心利用球差校正透射电子显微镜和原位加热样品杆在原子水平上研究了氧化钨晶体学剪切面的形成过程，系统地研究了不同生长阶段剪切面的原子结构，并通过理论计算揭示了不同剪切相氧化钨的能量稳定性和电子特性。此外，利用电子束还对剪切面的生长行为进行了有效的调控，形成了特殊的V字型剪切结构。
　　该工作展示了晶体学剪切面的缺陷诱导特性，为可控制备具有剪切结构的非化学计量氧化物提供了思路，有关研究结果以Defect-Mediated Growth of Crystallographic Shear Plane为题发表在Small（DOI:10.1002/small.202302365）上。理化所公共技术中心孟祥敏研究员和夏静高级工程师为本文通讯作者，研究工作得到了国家重点研发计划项目、中科院青促会、中科院仪器功能开发等项目的支持。
　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202302365
       文章来源：理化所