久久超碰99,91一区二区三区四区,精品捆绑调教一区二区三区,日韩国产欧美三级

預存
Document
當前位置：文庫百科 ? 文章詳情
鋰電之父丨你不知道的Goodenough
來源：科學10分鐘 時間：2022-05-23 12:28:03 瀏覽：3914次


引言

2019年10月9日，瑞典皇家科學院公布了2019年諾貝爾化學獎得主，他們分別是約翰·B·古迪納夫（John B·Goodenough）、M·斯坦利·威廷漢（M·Stanley·Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino），以表彰他們在鋰離子電池領域所做出的巨大貢獻（圖1）。這三位科學家分別來自美國、英國以及日本，在他們三人的共同努力之下，成功的將鋰離子電池推向市場，促進了如今智能手機、筆記本電腦、電動汽車等行業的快速發展。其中，Goodenough，這位“足夠好”先生，在鋰電領域可謂是“人人皆知”。

圖1 2019年諾貝爾化學獎得主


John Goodenough，美國得州大學奧斯汀分校機械工程系教授、固體物理學家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發明人，鋰離子電池的奠基人之一，業界公認的“鋰電之父”。

作為迄今為止歷史上最年長的諾貝爾獎獲獎得主，Goodenough的一生可謂傳奇：

1922年7月25日，John Goodenough出生于美國。

1940年，John Goodenough從格羅頓學校（美國高中）畢業。

1943年，John Goodenough在耶魯大學獲得數學系學士學位。

二戰之后，John Goodenough于1952年在芝加哥大學獲得物理學博士學位。

1952到1976年，John Goodenough在MIT的林肯實驗室工作，主要進行關于電腦內存的材料物理研究，并開始研究鈉硫電池。

1976年，John Goodenough進入牛津大學任教授并作為無機化學研究負責人。在這里，John Goodenough從氧化物晶體結構出發，分析了固體物質能帶結構與電解液/電解質分子軌道的關系，結合固體物理與電化學知識精準地選擇了層狀氧化物LiCoO2作為鋰離子電池正極材料。LiCoO2材料以及這個材料體系中的各種衍生物直到今天仍然是各方面綜合性能最好、應用最為廣泛的鋰離子電池正極材料。現在正熱門的三元正極材料（比如用于Tesla汽車電池中的NCA，高鎳NMC等），依然是基于LiCoO2體系的摻雜（加入Ni，Al，Mn等）。

1986年起，John Goodenough在德州大學奧斯丁分校擔任教授，繼續從事能源材料的研究。此后的1997年，這位75歲高齡的老教授又發現了自LiCoO2之后的又一極其優秀的正極材料體系——即以LiFePO4（LFP）為代表的磷酸鹽體系。

2012年，John Goodenough開始研究固態電池，還有如何用更廉價易得的鈉來取代鋰。

2019年，John Goodenough獲得2019諾貝爾獎化學獎，成為有史以來年齡最大的諾獎得主。

……

老兵從未老去，只有奮斗的一生。截止目前，年近100的John Goodenough教授依然奮斗在科研一線，這種精神，值得我們敬佩與尊重。

2022年，Goodenough教授即將走滿100周歲。為了紀念Goodenough老教授一生的工作貢獻，美國布魯克海文國家實驗室的Tranquada教授在Journal of The Electrochemical Society學術期刊上發表了題為《John Goodenough and the Many Lives of Transition-Metal Oxides》的文章，分析了Goodenough教授對于過渡金屬氧化物的深入研究，并總結了其關于過渡金屬氧化物獨特見解對相關領域發展的推動與促進作用。最后，作者總結了從Goodenough教授的成就上獲得的啟示。

下面，筆者就帶領大家一起走進這篇文章，深入解析Goodenough教授及其與過渡金屬氧化物的前世今生！

原文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ac4895


從尖晶石到巨磁阻

1952，而立之年的Goodenough進入MIT林肯實驗室的一個研究團隊，該團隊的目標是改善早期電子計算機磁芯存儲器中使用的磁鐵。有研究表明，從鐵磁性過渡金屬合金轉變為鐵磁性過渡金屬氧化物是行之有效的方法。在此期間，Verwey和飛利浦研究中心的同事發表了許多關于各種尖晶石（一種晶體結構，包括已知最古老的磁性材料，如磁鐵礦Fe3O4等）的磁性性質和結構特性的研究結果，但都缺乏深入系統的理解。

Goodenough作為一名理論物理學家，視角與眾不同。他充分分析了密排結構的簡單金屬的能帶和晶格畸變之間的聯系，因此選擇氧化物時，Goodenough把目光投向原子軌道，并考慮到了相鄰原子軌道之間的雜化。根據3d態的近似積分占用率，Goodenough直觀的對所選擇的過渡金屬氧化物的局部結構和電磁相互作用進行排序。在此過程中，他發現了一些有趣的現象，比如Cu2+更喜歡O鄰接的平面正方形構型，而不是八面體配位，并且他的研究還涉及到著名的Jahn-Teller效應。

Goodenough的研究極具啟發效果，以具有鈣鈦礦結構的磁性體系La1-xCaxMnO3為例，依據Goodenough的研究規律，既能簡單解釋未摻雜LaMnO3中Mn3+特有的反鐵磁順序，又能解釋Ca摻雜導致某些Mn4+存在時的鐵磁順序。隨后幾年，Kanamori用鄰近過渡金屬離子的特定3d軌道組合之間的相互作用解釋了超交換規則，這就是后來的Goodenough-Kanamori規則。

雖然氧化物對磁性材料很重要，但在凝聚態物理中，人們對它的關注度卻很低，直到30年后發現了層狀鈣鈦礦銅（La2-xBaxCuO4）的高溫超導性。此后，隨著人們對錳的關注，研究發現鈣鈦礦體系La1-xCaxMnO3在向鐵磁相過渡時存在巨大的磁電阻（巨磁阻），其關鍵在于絕緣順磁相向金屬鐵磁相過渡的一級特性及其對磁場的敏感性。


從反鐵磁性到大熱電

反鐵磁有序的概念最早由Néel提出，NiO是最典型的例子之一，該金屬化合物也是Mott提出的具有強軌道內庫侖相互作用的物質之一，這種相互作用通常會阻礙電子跳躍并導致絕緣狀態。此后，Goodenough也研究了NiO，他和同事研究發現在LixNi1-xO中，當Li部分取代Ni時，磁性會發生什么變化。當x=0.5時，化合物為LiNiO2，假設O保持為-2價，Li為+1價，那么Ni就會出現+2價和+3價，分別對應3d8態和3d7態。并且，Goodenough還發現，當x>0.3時，摻雜會誘導其向具有鐵磁性的菱形晶體結構轉變。1989年，O的K邊緣的X射線吸收光譜測試證明了Goodenough的研究結論。

鑒于在鋰離子摻雜和鋰摻雜導致的金屬離子變價問題的研究經驗，進入牛津大學后，Goodenough迅速轉向了對LiCoO2的研究，并將其應用于鋰離子電池正極。此前鋰電池都是設計成充滿電的狀態，正極材料不含鋰，負極必須含鋰。所以所有人都用鋰金屬作為負極，再用不含鋰的化合物作正極。電池生產出來就是“滿電”，也就是現在的一次性鋰電池。

但如果用LiCoO2作為正極材料，電池生產出來是“無電”的狀態，需要先充電才能用。把Li從LiMO2（M為金屬原子）中拉出來，需要M3+向M4+轉變。這對于M = Ni來說是一個挑戰。然而，Goodenough已經洞悉了在另一個磁性系統La1-xSrxCoO3中Co的這種特殊狀態。他的研究從根本上改變了電池的設計思維和邏輯，為今后LiCoO2的商業化提供了基礎條件。

此外，基于該研究結果，人們發現NaxCoO2（類LiCoO2結構）在低溫下具有與自旋熵相關的大熱電勢（熱電冷卻的先決條件），無形中拓展了該領域的發展。


從莫特絕緣體到高溫超導體

在氧化銅化合物中發現超導性對凝聚態物理學界來說是一個巨大的沖擊，畢竟此前物理學領域很少關注氧化物。1984年，Goodenough對La2CuO4和La2NiO4進行了研究分析，他認為，La2CuO4中每一個Cu2+的單孔應該在2d軌道上，并在每個CuO2平面內與4個O相鄰的2pσ軌道雜化。他還指出，在同一個d軌道中存在兩個電子將消耗大量的庫侖能量，這與Mott的想法不謀而合。

相比之下，凝聚態理論研究主要集中在密度泛函理論（DFT）的能帶結構計算上;對La2CuO4的這種計算預測出它應該是一種具有不穩定性費米表面電荷密度波的金屬。與此同時，該結果吸引了另一位科學家的注意，該科學家曾首次證實MnO具有反鐵磁性。他認為，La2CuO4應該是一個在每個Cu位點上自旋S=1/2的反鐵磁絕緣體，且由庫倫能量確定最近鄰之間的超交換耦合。此后，反鐵磁有序很快被中子衍射確定，并且光譜學確定其光學間隙為2 eV。

當載流子（空穴）摻雜到CuO2平面時，反鐵磁相關在局部依然存在，且人們普遍認為超導性與磁性密不可分。然而，關于銅酸鹽的超導性的解釋依然很淺顯。受Goodenough的工作啟發，科學家們一直在努力分析銅酸鹽的局部磁矩和混合價態，然而直到幾年前才出現了第一個在定性和定量上都與母絕緣體 La2CuO4的有序和無序相一致的全電子計算結果。為了取得進一步的進展，一些人轉向了量子計算：在一個簡單的CuO2層模型中，反鐵磁和摻雜空穴的運動現在已經可以用一個冷原子量子模擬器進行模擬了，相關的研究依然在進行。


總結

可以看到，Goodenough的貢獻已經影響了過渡金屬氧化物各種有趣性質的研究。從中我們至少可以收獲以下幾點：

首先是研究人員如果具有不同領域的經驗，可以帶來豐富的創造力。在麻省理工學院林肯實驗室，Goodenough最初是一群固態化學家和工程師中的理論物理學家中的一員。在他們的職業生涯中，Goodenough常年保持與實驗人員密切合作，理論與實驗之間的有效聯系對于材料科學的快速發展至關重要。

其次，在已建立的知識領域之間的邊界工作極具挑戰性，突破也往往來自于用新的眼光來看待具有挑戰性的問題。

最后，我們發現過渡金屬氧化物具有很多非凡特性。即使是絕緣體，只要組分發生很小的變化，就可以變成具有巨大磁阻或高溫超導性的材料。受Goodenough對過渡金屬氧化物研究的啟發，未來關于過渡金屬氧化物特性的應用研究想必不會止步。

最后的最后，提前祝Goodenough老教授百年生日快樂！


參考文獻

[1] J. M. Tranquada. John Goodenough and the Many Lives of Transition-Metal Oxides. 2022 J. Electrochem. Soc. 169, 010535. DOI: 10.1149/1945-7111/ac4895.


評論 / 文明上網理性發言
12條評論
全部評論 / 我的評論
最熱 /  最新
全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
點贊12
回復
全部
查看更多評論
相關文章

Scientific Reports：年發文破2W，不是預警期刊啦，快來看看！

2022-07-04

催化二區好刊推薦丨發文量大、速度快、對國人友好！

2021-07-01

ACS Applied Materials & Interfaces：雖貴為1區期刊，但發文量大，對國人友好，值得試試！

2021-07-01

重大變化！論文不再標注第一作者&通訊作者

2022-05-15

待遇豐厚丨日本東北大學李昊課題組誠招特聘助理教授/博士后(材料計算或機器學習方向)

2022-07-04

SCIENCE CHINA Chemistry：穩居國產化學期刊第一梯隊！

2022-01-11

熱門文章/popular

基礎理論丨一文了解XPS（概念、定性定量分析、分析方法、譜線結構）

手把手教你用ChemDraw 畫化學結構式：基礎篇

晶體結構可視化軟件 VESTA使用教程（下篇）

電化學實驗基礎之電化學工作站篇 （二）三電極和兩電極體系的搭建 和測試

【科研干貨】電化學表征：循環伏安法詳解（上）

【科研干貨】電化學表征：循環伏安法詳解（下）

微信掃碼分享文章
久久超碰99,91一区二区三区四区,精品捆绑调教一区二区三区,日韩国产欧美三级
国产精品一区二区精品视频观看| 91九色精品| 亚洲专区视频| 亚洲精品美女91| 日本v片在线高清不卡在线观看| 色8久久久久| 久久精品一区二区国产| 久久精品午夜| 视频在线不卡免费观看| 国产精品av久久久久久麻豆网| 蜜臀av国产精品久久久久| 亚洲青青久久| 国产福利91精品一区二区| 国产亚洲网站| 久久中文字幕导航| 伊人精品在线| 国产精品4hu.www| 婷婷亚洲综合| 国产精品久久久久久模特| 日韩免费福利视频| 午夜性色一区二区三区免费视频| 国产精品成人a在线观看| 免费国产亚洲视频| 精品久久免费| 亚洲精选91| 视频福利一区| 日本欧美大码aⅴ在线播放| 激情综合亚洲| 麻豆视频观看网址久久| 亚洲精品激情| 日韩一级欧洲| 国产剧情在线观看一区| 日韩在线第七页| 欧美一区二区三区久久精品| 日韩av中文字幕一区| 精品久久久网| 五月婷婷六月综合| 91精品日本| 日韩在线二区| 亚洲a成人v| 国产精品久久久久久久久久10秀| 日韩理论片av| 蜜臀久久99精品久久久画质超高清| 国产精品一区二区av日韩在线| 日韩不卡视频在线观看| 日韩欧美中文字幕电影| 国产精品久久久久久久久久10秀| 日韩精品免费视频人成| 亚洲高清影视| 日韩久久精品网| 久久精品人人| 欧美日韩91| 视频一区在线播放| 91精品综合| 精品视频91| 国产日韩在线观看视频| 视频一区在线播放| 欧美成人高清| 在线人成日本视频| 久久精品网址| 国产乱码精品一区二区三区四区 | 蜜桃视频第一区免费观看| 日韩美女精品| 欧美91精品| 欧美精品第一区| 蜜臀久久久99精品久久久久久| 精品国产亚洲日本| 中文字幕av一区二区三区人| 国产精品99久久精品| 午夜在线一区| 国产白浆在线免费观看| 国产日韩欧美中文在线| 亚洲一区成人| 久久久久国产| 久久只有精品| 久久国内精品自在自线400部| 亚洲一区二区毛片| 欧美成人基地| 久久精品国产免费| 91精品啪在线观看国产爱臀| 国产农村妇女精品一二区| 成人美女视频| 欧美国产不卡| 日韩高清二区| 国产精品婷婷| 99久久亚洲精品| 日产午夜精品一线二线三线| 日韩精品免费视频人成| 国产欧美日韩一区二区三区四区| 国产模特精品视频久久久久| 日韩精品免费一区二区三区| 免费亚洲一区| 欧美一区91| 日韩在线麻豆| 日韩精品一级二级| 婷婷综合激情| 久久久久国产精品一区二区| 欧美激情麻豆| 久久国产欧美日韩精品| 国产亚洲亚洲| 婷婷色综合网| 1024精品久久久久久久久| 日本不良网站在线观看| 欧美国产中文高清| 欧美影院精品| 久久激情五月婷婷| 91大神在线观看线路一区| 日本亚洲欧洲无免费码在线| 丝袜脚交一区二区| 国产日韩综合| 亚洲免费一区二区| 夜夜嗨av一区二区三区网站四季av| 香蕉久久99| 亚洲国产日韩欧美在线| 欧美日韩在线二区| 亚洲精品2区| 久久av在线| 亚洲色图综合| 日本精品国产| 久久国产日本精品| 国产欧美日韩精品一区二区三区| 中文字幕亚洲精品乱码| 蜜桃视频免费观看一区| 亚洲免费一区二区| 99在线|亚洲一区二区| 九九久久婷婷| 中文一区在线| 蜜桃久久久久久久| 日韩精品一区二区三区免费视频 | 久久精品影视| 欧美1级日本1级| 亚洲一区观看| 日韩精品久久理论片| 国产乱人伦精品一区| 精品入口麻豆88视频| 国产成人精品亚洲日本在线观看| 国产一区日韩一区| 日韩专区欧美专区| 91精品啪在线观看国产爱臀| 国产精品va| 精品国产日韩欧美精品国产欧美日韩一区二区三区 | 日韩精品亚洲专区在线观看| 日韩精品久久久久久久软件91| 国产精品一区二区美女视频免费看 | 精品在线网站观看| 日本欧美国产| 欧美另类综合| 亚洲开心激情| 国产福利资源一区| 亚洲成人va| 在线日韩成人| 欧美国产极品| 久久中文字幕av| 日韩精品a在线观看91| 国产aⅴ精品一区二区四区| 亚洲成人三区| 欧美日韩一区二区三区不卡视频| 国产精品99一区二区三| 亚洲成人二区| 日韩国产欧美一区二区三区| 成人在线免费观看网站| 婷婷综合网站| 欧美一区二区三区免费看| 激情视频网站在线播放色| 国产亚洲激情| 久久精品免视看国产成人| 99久久婷婷| 日韩av午夜在线观看| 日韩啪啪电影网| 亚洲欧洲美洲国产香蕉| 韩国女主播一区二区三区| 国产精品人人爽人人做我的可爱| 国产精品中文字幕制服诱惑| 欧美aa在线观看| 日韩视频一二区| 日韩精品欧美| 欧美精品观看| 激情五月色综合国产精品| 青青草国产精品亚洲专区无| 亚洲精品88| 日韩激情视频网站| 亚洲天堂免费电影| 日韩精品欧美大片| 99视频精品全国免费| 日本麻豆一区二区三区视频| 午夜精品久久久久久久久久蜜桃| 免费久久99精品国产| 黑人精品一区| 四虎精品一区二区免费| 色综合www| 国产精品毛片视频| 尹人成人综合网| 国产一区二区三区黄网站| 亚洲九九精品| 伊人久久大香线蕉av不卡| 国产福利一区二区精品秒拍| 久久国产精品久久w女人spa| 青青青免费在线视频| 国产精品永久| 亚洲精品看片|
+

你好，很高興為您服務！

發送