下一代太阳能电池的大部分研究都与铅-卤化物钙钛矿混合材料有关。然而，人们正不断努力寻找具有类似或更好特性的替代化合物，想要消除铅对环境的影响，而迄今为止，这种化合物一直难以获得。因此寻找具有适当带隙范围的无铅材料是很重要的，如果将它们结合起来，就可以利用太阳光谱的不同波长进行发电。这将是提高未来太阳能电池效率降低成本的关键。 近期，牛津大学的光电与光伏器件研究组的Henry Snaith教授与Benjamin Putland博士研究了具有A2BB’X6双钙钛矿结构的新型无机无铅光伏材料。经过计算该材料具有2 eV的带隙，可用做光伏电池的层吸光材料与传统Si基光伏材料很好的结合，使光电转换效率达到30%。与有机钙钛矿材料相比，无机钙钛矿材料具有结构稳定使用寿命更长的优势。而这种新材料的制备存在一个问题，由于前驱体组分的不溶性和复杂的结晶过程容易导致非目标性的晶体生长，因此难以通过传统的水溶液法制备均匀的薄膜。Benjamin Putland博士采用真空蒸发使这些问题得以解决。使用Moorfield Nanotechnology的高质量金属\有机物热蒸发系统，通过真空蒸发三种不同的前驱体，研究人员成功沉积制备出了所需要的薄膜。真空蒸发具有较高的控制水平和可扩展性，使得材料的工业化制备成为可能。

在绿色能源的发展得到各国越来越多的重视与青睐的今天，光伏科技和太阳能电池的产业成长与技术研发成为了工业界和学术界共同的焦点。而这其中被广泛关注的当属使用具有钙钛矿结构的材料所合成的太阳能电池。钙钛矿结构是具有通式ABX3结构的一类化合物，除了CaTiO3外，还有BiFeO3、CsPbI3也具有这一结构。基于钙钛矿结构材料所合成的电池则一般被统称为有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PVSCs）。在光伏领域的研究中，钙钛矿太阳能电池因其能量转化率在近几年的飞速提高而备受关注。其中的佼佼者更是可以达到25%的能量转化率。 然而，在我们期待上述的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池从实验室走向工业应用的时候，一个无法回避的问题出现在了研究者的面前：这种电池的环境敏感性非常之高。在电池的使用过程中，其性能稳定性和使用寿命很容易被环境湿度，环境热度，环境光照所影响，且这种影响多为负面影响。也就是说，要想让PVSCs能够被大规模应用，其环境耐性必须得到改进。 针对上述问题，香港城市大学Fengzhu Li于今年（2022年）4月在Advance Energy Materials中发表了等离激元局域光热现象调控钙钛矿太阳能电池应力以提升效率和稳定性的研究工作。该课题组发现二氧化硅包覆的金纳米管（GNR@SiO2）可有效提高钙钛矿太阳能电池的性能，尤其通过减小材料生成过程中所产生的残留应变，在维持电池高效转化率（23%）的前提下，大幅提高了电池的工作稳定性。这种GNR@SiO2有着8.2 nm的平均直径和40 nm的平均长度。其中的二氧化硅外壳结构的厚度在15 nm左右。

近年来，高熵的概念被应用到各种功能材料中，并被证明有利于结构的稳定性以及能量的储存和转换效率。在电化学储能领域，科研人员通过在单相结构中引入大量不同的元素来制备多组分材料，实现增加构型熵(成分无序)，提升电池性能和稳定性。德国卡尔斯鲁厄理工学院的Torsten Brezesinski课题组将高熵概念应用于四种金属离子(Fe, Co, Ni和Cu)结合的高熵Mn基HCF材料 (HEM -HCF, 40% Mn)，并与中熵HCF(MEM-HCF, 60% Mn)，低熵HCF (LEM-HCF, 80% Mn)和传统单金属Mn基HCF (Mn-HCF, 100% Mn) 进行对比，发现多组分的高构型熵样品在钠存储方面有显著改善。相关成果发表在Adv. Func. Mater. 2022, 2202372。 为了更好地理解多组分材料体系中的作用机理，探索高构型熵概念其对电池性能的影响，作者利用美国台式X射线吸收谱仪系统easyXAFS300+，揭示了构型熵在Mn-HCF 钠离子电池阴循环性能中的作用，并提供了与其电化学行为之间的关联佐证。该台式X射线吸收谱仪系统，摆脱了同步辐射光源的束缚，在实验室中为Torsten Brezesinski课题组提供了一套媲美同步辐射光源数据的表征技术，包括X射线吸收光谱(XAS)和X射线发射光谱(XES)，实现了对元素化学价态、局部配位结构以及自旋态的多重互补信息的获取，为阐明电化学性能的改善机理提供了关键数据支撑。

高效电池是电动汽车（EV）转型的关键，也是在使用更多可再生能源时实现储能平衡电网的关键。如今，每一个电动汽车电池都要经过二维（2D）X射线检查以进行质量控制，及早发现可能导致火灾的缺陷。然而，即使采取了这一步骤和其他几个质量控制步骤，这些缺陷也时常发生，导致经济和人身伤害方面的灾难性损失。 相较于二维X射线检查方法，100%三维（3D）X射线检查，或在不清楚的情况下对二维检查进行三维补充，是一条有希望实现令人满意的质量控制的道路。但是， 3D X射线CT检查通常需要很长的时间，会大幅降低检测效率，因此需要一个具有微米焦点的高功率X射线源——这是市场上从未曾有过的。 瑞典Excillum是一家致力于研发、生产超高亮度微焦斑X射线光源的公司，经过十余年的研发与改进，发布了10倍于普通固体阳X射线光源所发射的X射线通量（在相同焦斑面积上）的高亮度液态靶X射线源MetalJet D2+，今年又研发出新一代的高亮度液态靶X射线源MetalJet E1+，在相同焦斑面积上的通量约2倍于MetalJetD2+。该公司一直在寻求解决方案，以实现对电池和其他工业部件的高速3D X射线检查。在如下视频中，您将看到如何在1秒内实现锂离池的微米全CT扫描。这些实验均在瑞典的Excillum工厂进行，使用其MetalJet E1+、直接转换的高性能探测器（Thor FX20.256 CdTe）和高速、高精度旋转台。

加州大学伯克利分校的Salmeron教授利用nano-FTIR对石墨烯电解液界面进行原位研究，通过nano-FTIR可达10 nm的超高空间分辨率(探测深度)，对非热膨胀样品（石墨烯）的高敏感度，及无损伤的特点，实现了对单层石墨烯电解液界面的原位表征，真正获得了双电层的化学信息。研究人员发现，相较于传统的ATR-IR，nano-FTIR的红外光谱中可观测到界面有的离子配位体，这得益于nano-FTIR的高灵敏度与高空间分辨率。同时，nano-FTIR支持样品台的接电设计，研究人员通过改变石墨烯电的电压，观测到红外光谱的变化，说明了界面化学成分的变化，即双电层的变化。相关研究成果发表于Nano Letters, 2019, 19: 5388-5393.

近日，北京航空航天大学材料科学与工程学院赵立东教授团队与南方科技大学、清华大学及武汉理工大学的科研团队合作，通过掺杂Pb，显著提高了p型SnSe晶体室温附近的电传输性能。该工作以《Power generation and thermoelectric cooling enabled by momentum and energy multiband alignments》为题目发表在《Science》上。

CeO2-Nb2O5复合氧化物，作为一种复合稀土氧化物陶瓷材料，常被应用于固体氧化物燃料电池、氧气传感器及异相催化等众多领域。之前不少的研究数据表明在高温固相法合成该复合稀土氧化物时，会部分形成Ce3NbO7+δ化合物。然而在大气氛围下的高温固相法合成这种带有部分还原的Ce氧化物是不太合理的。为了更加合理的验证CeO2-Nb2O5复合氧化物在高温固相法合成条件下得到的产物信息，研究人员综合利用了粉末X射线衍射（XRD）和实验室的X射线吸收谱（XAFS）等数据进行验证，并证实了之前研究中的一些错误观点，证明了Ce3NbO7+δ化合物并不存在。相关研究成果发表于Journal of Rare Earths, 2021, 39: 596-599.

美国华盛顿大学Seidler教授利用台式XES仪器（美国easyXAFS公司）对S的Kα XES和Kβ VtC-XES (Valence to core) 进行研究，成功的构建并分析了硫化物氧化态和配位环境对应的谱学特征，并通过理论实验相结合的方法构建了硫化物电子结构配位结构的数据库，为以后的研究未知/已知硫化物的XES谱结构和预测提供了强有力的支持[4]。相关研究成果发表于The Journal of Physical Chemistry A, 2020, 124(26): 5415-5434.

美国华盛顿大学曹国忠教授等人合作在Nano Energy上发表了题为“Fast and reversible zinc ion intercalation in Al-ion modified hydrated vanadate”的水系锌离子电池相关研究成果。该研究通过水热合成法引入Al3+，有效的改善了纯水合氧化钒 (VOH) 正材料用于水系锌电池中的缺点：包括提升其离子迁移率和循环稳定性等[1]。Al3+的成功掺入，在改变V原子局部原子环境的同时，增加了材料中V4+的含量，使得合成的 Al-VOH 材料具有更大的晶格间距和更高的电导率，实现了Zn2+的快速迁移和电子转移。该正材料在50 mA·g-1下的初始容量达到380 mAh·g-1，且具有较好的长期循环稳定性（容量保持超过 3000 次循环）。 值得一提的是，该团队通过利用台式X射线吸收精细结构谱仪（easyXAFS300+）获得了V k边的边前及近边结构谱图，并对Al3+掺杂的VOH 正材料进行了深入的研究，从而揭示了引入Al3+后，VOH的结构变化及充放电过程中的有利作用等。

X射线吸收精细结构(X-ray absorption fine structure，XAFS)作为一种先进的X射线应用技术(图1a)，近年来应用和影响十分广泛。然而，与大多数其他光谱方法不同，XAFS技术主要用于在的设施上进行的一些研究，即同步辐射光源，而不为一般实验研究人员所获得。为了方便研究人员在实验室内进行XAFS测试，在过去的几十年里，实验室用的台式XAFS仪器发展迅速，尤其是近期根据美国华盛顿大学Gerald Seidler教授等人的总体概念而设计成功的实验室用台式XAFS谱仪（Quantum Design中国子公司国内代理），它以罗兰环为基本几何构型，并使用球形弯曲晶体分析仪(SBCA)。2015年基于该设计的easyXAFS公司正式成立，并在XAFS仪器的设计和性能方面进行了多方的改进，致力于商用实验室台式XAFS谱仪在全球的推广和应用。 在这里，我们展示了几个XAFS研究的结果，这些包括一些代表性能源存储材料的XANES分析，原位电池研究，超电容器电材料研究以及对照金属箔EXAFS谱图。这些研究结果有力地证明了实验室实用性XAFS光谱仪可以广泛适用于众多样品透射模式下的XAFS分析。

低能量边缘光致发光的研究，对提高Ruddlesden-Popper钙钛太阳能电池效率有着十分重要的影响和意义。然而对其机制的研究却一直面临着巨大挑战：先，材料的结构难以确定；其次，理论模型与观测结果始终不一致。因此，寻找可靠、有效的观测手段对于理解这一现象有着至关重要的意义。 在本篇研究中，电子科技大学王志明教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp公司合作，使用O-PTIR技术及新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage（Quantum Design中国子公司国内代理）研究了MAPbBr3在(BA)2(MA)2Pb3Br板边缘分布情况。使用O-PTIR技术探测具有以下优势：先(BA)2(MA)2Pb3Br10和MAPbBr3之间由于缺少BA，因此其红外光谱具备显著的差异；其次，这种非接触式探测能够有效避免样品高度，探针污染所带来的问题；另外，无论是BA缺陷，还是BA对MA的比例已有使用FTIR光谱研究的报道，具备良好的基础。

磷酸铁锂是商业锂电池中一种常用的正材料。虽然磷酸铁与锂离子相互作用经过一相变终变成纯的磷酸铁锂是已知的，但是充放电过程中的磷酸铁锂去锂离子的具体工作机制还是存在争议的。 I. T.Lucas等人利用Neaspec公司的纳米傅里叶变换红外光谱技术(nano-FTIR)对磷酸铁锂在锂电池的充放电过程中的相位分布进行了具体的研究。根据对不同充放电阶段的正材料红外吸收光谱的研究，实验结果直接证明，充放电的中间过程部分脱锂的正材料同时存在磷酸铁锂与磷酸铁两种相位。通过建立三维层析成像的模型建立与分析，由磷酸铁组成的外壳包围由磷酸铁锂组成的核心的“外壳-核心结构”模型适合解释该实验所得结果。分析表明在脱锂的过程中，核心部分的磷酸铁锂慢慢的变小直至终消失。

在原子尺寸容积内存储微量气体是科研中一项十分有意义的研究。其中，阻隔材料的选择是影响气体存储的重要因素：该材料必须形成气泡来包覆存储的气体，且必须在端环境下保持稳定，更重要的是材料本身不能与存储气体有任何的化学或者物理的相互作用。近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的王浩敏研究员课题组就这项研究在《自然-通讯》杂志上发表了通过等离子体处理实现六方氮化硼气泡中的氢分离的工作。 本文工作中，作者使用了一套attoAFM I低温原子力显微镜，显微镜可以在闭循环低温恒温器attoDRY1100（attoDRY2100系列）内被冷却到低的液氦温度。在特定的测量温度下，原子力显微成像结果可以帮助研究者证实在33.2 K ± 3.9 K温度的时候气泡消失，证实了被包覆气体的消失。由于该转变温度与氢气的冷凝温度（33.18K）接近，该实验结果可以证明氢气气体存在与六方氮化硼气泡内。该工作成功地在六方氮化硼内存储了氢气，为未来氢气的存储提供了全新的方法。

全固态电池由于其具有高能量密度和高安全性能，被认为是具有潜力的下一代电池体系。然而，全固态电池仍有许多挑战亟待解决。其中界面问题（包括界面不匹配、界面副反应和界面空间电荷效应）是影响全固态电池性能的主要因素之一。有效地解决界面问题是攻克全固态电池难关的重中之重。界面修饰及改性是被广泛报道改善界面问题的重要途径。其中，制备界面层材料的技术及界面层材料的性质将是界面层稳定性的决定因素。ALD/MLD技术有望在固态电池界面修饰及改性上扮演重要的角色，包括界面改性材料的制备(图4A)，固态电解质的制备(图4B)，ALD界面材料用于阻隔电与固态电解质副反应(图4C)，改善固态电解质与金属锂的润湿性(图4D)，保护金属负(图4E)以及薄膜/三维固态电池的制备(图4F)等。ALD/MLD有望解决全固态电池的界面问题，满足人们对于高安全性以及高能量密度电池的需求，成为下一代电池的有力竞争者。孙教授团队对近几年ALD/MLD技术在固态电池中的应用作以归纳、总结与分析,并对ALD/MLD在固态电池中的应用作以展望相关工作发表在2018年的Joule上(DOI: 10.1016/j.joule.2018.11.012)。

传统液态锂电池正材料晶石型LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)，在电池循环过程中其表面和近表面会发生许多副反应以及不可逆的相变，大的影响电池的循环容量和稳定性。为了解决这一问题，孙学良院士课题组使用美国Arradiance公司生产的型号为GemStar-8 的台式ALD沉积系统，设计了新型多位点Ti掺杂的锂离子电池正材料，将无定形TiO2包覆在晶石型LNMO表面并热处理，实现了Ti元素在晶石结构表面和内部的多位点掺杂，其中表面的Ti部分进入晶石结构四面体配位的位点，其余的Ti替代八面体配位的过渡金属，这种多位点掺杂效应对材料的电化学性能起到了决定性的作用，相比于原始的LNMO，掺杂后的材料表现出了更低的表面阻抗，这是由于四面体配位的Ti能够减缓过渡金属迁移到八面体空位上，保证了锂离子的快速传导。相关工作发表在2017年的Advanced Materials上 (DOl: 10.1002/adma.201703764)。

近年来原位测试技术越来越受到大家的关注，对不同物理化学过程中材料的物理化学性能进行原位的表征，更加深入的获得材料的实时结构信息。美国easyXAFS公司的台式XAFS/XES谱仪为原位进行样品目标原子的近邻化学结构信息表征提供了可能。

XAFS技术在电池材料，尤其是正材料，在充放电过程中化学态的分析，有着重要的意义，可以帮助科学家们了解电材料的制备过程，电池组装，运行条件等因素对其化学态的影响，有利于人们更深入地了解电池的工作原理，优化电池结构的设计。 采用easyXAFS公司生产的台式XAFS/XES谱仪，科学家们能够方便的通过XANES技术对一系列电材料的化学态进行分析，包括充电和放电态，如LiCoO2, VOPO4, NMC（镍锰钴三元电材料）等等。