鑽石舞台

李煜章，加州大學洛杉磯分校助理教授，2022年6月10日獲得了美國能源部頒發的早期職業生涯獎（DOE Early Career award），他是UCLA工程學院第一個被授予美國能源部早期職業生涯獎的教職工。該獎項將支持他在原子尺度進行鋰電池工作原理方面的研究，並着眼於設計更安全、更高效和更持久的電池。

具體來說，他將利用加州大學洛杉磯分校納米系統研究所的低溫電子顯微鏡設備開發先進的成像技術。這種技術將允許研究人員以前所未有的細節放大電池內的納米級液體-固體界面，描繪出電子和離子上發生的事情，並以慢鏡頭展示這些動作，精確到千分之一秒。從研究中獲得的信息可以與電池的表現相關聯。這樣的知識可以為開發儲存高能電池提供新的途徑。

除了電池研究，這項技術還可以應用於其他研究領域，如生物和化學，在這些領域中，液-固界面會影響納米尺度的過程。

2013年，李煜章在加州大學伯克利分校獲得學士學位，之後在斯坦福大學崔屹教授課題組進行博士研究，2018年獲得博士學位。

李煜章於2020年加入加州大學洛杉磯分校，全國各地共有83名研究人員獲得該獎項，他是這些科學家之一。這些獲獎的研究項目都與能源部的八個主要項目辦公室相一致，李的項目是由能源部基礎能源科學辦公室選定的。

這是李煜章在過去一年裡獲得的第三個職業生涯早期獎。他還獲得了美國國家科學基金會的職業生涯獎(CAREER Award)，以支持他的鋰電池研究，還獲得了美國化學會石油研究基金的博士新研究員資助，以支持天然氣儲運的研究。

此外，他還獲得了以下獎項：

2021年，福布斯30位30歲以下的年輕人；

2018年，電化學學會Daniel Cubicciotti獎；

2018-2020年，Intelligence Community博士後研究獎學金；

2017年，材料研究會研究生獎；

2013-2016年，國家科學基金研究生研究獎學金。

李煜章最有名的成果就是利用冷凍電鏡來觀察鋰枝晶的形貌和結構，成果發表在Science上，時間正巧是冷凍電鏡獲得諾獎後不久，該工作引起了極大的轟動。

從此，利用冷凍電鏡觀察鋰負極的SEI和鋰枝晶成為了很多高檔次文章的標配，為原子尺度上觀察鋰負極的狀態做出了巨大貢獻。

為什麼要使用冷凍電鏡呢？

由於電子束的轟擊和產熱，標準透射電鏡無法在操作後保存化學反應和光束敏感電池材料的原始狀態，但這些材料在低溫條件下仍然保持原始狀態。在這個Science中，作者在原子尺度上分解單個鋰金屬原子及其與固體電解質界面(SEI)的界面，並觀察到，碳酸酯基電解質中的枝晶沿着<111>(首選)、<110>或<211>方向生長為多面單晶納米線。這些生長方向在扭結時可以改變，而沒有明顯的晶體形貌。

在另一篇Joule中，冷凍電鏡再次發揮作用，來解析SEI的細節。

在這裡，作者使用低溫電鏡來發現兩種不同的SEI納米結構(即馬賽克SEI和多層SEI)的功能，並將它們的明顯影響與鋰金屬電池性能聯繫起來。作者將SEI內部晶粒分布的波動作為區分馬賽克SEI和多層SEI的關鍵特徵，導致它們不同的電化學剝離機制。然而，在馬賽克SEI中，局部Li溶解通過高結晶度區域迅速發生，在更有序的多層SEI中觀察到均勻的Li剝離，這將電池循環期間的Li損耗降低了三倍。SEI納米結構的細微變化帶來顯著的性能提高，突出了低溫電鏡研究在揭示納米級高能電池的關鍵失效模式方面的重要性。

在更早時候，李煜章還發表了Nature Energy，利用石墨烯納米籠來實現微米硅的穩定循環。

李煜章和團隊研究了一種使用合成的多層石墨烯「籠子」封裝硅微粒（約1-3μm）的方法。石墨烯籠在循環充電過程中充當機械強度高且柔軟的緩衝膜，即使微粒在籠中膨脹和破裂，也能夠在顆粒和電極水平上保持電連通性。此外，化學惰性的石墨烯籠形成穩定的固體電解質界面，從而最大程度地減少了不可逆的鋰離子消耗，並在早期循環中迅速提高了庫侖效率。

未來幾年，李煜章及其團隊將繼續利用冷凍電鏡進行科學研究，除了電池之外，他們在其他領域也取得了可喜成果，比如在MOF中為氣體成像，研發儲能新材料，此外，還用冷凍電鏡揭示太陽能電池的原子結構，並研究其腐蝕機理。相信未來李煜章團隊會有更多的成果與大家見面！

鏈接：

https://samueli.ucla.edu/yuzhang-li-receives-doe-early-career-award/