清洁能源生产、传输和分配技术的发展，例如高能量密度电池和高效太阳能电池，对于迈向可持续未来的进程至关重要。科学理解和技术创新需要对控制系统运行和故障的关键材料和基本过程进行原子和分子水平的理解。这些动态过程一般跨越多个长度和时间尺度，以及整个器件架构中涉及的材料和界面。然而，这些关键部件通常对空气、湿气和电子束辐射高度敏感，因此无法使用传统的电子光学方法（如高分辨率(扫描)透射电子显微镜和光谱学）。

幸运的是，冷冻电镜（cryo-EM）的快速发展已经为研究人员提供了一种新的工具和方法来探索能源科学中这些以前无法达到的组件和现象的长度尺度。具体而言，cryo-EM技术可以对在高能电子束照射和环境暴露下降解的弱结合和反应性材料、界面和相可能进行保护和稳定，从而解决能源科学中许多关键问题，并最终导致新的科学发现和实现技术突破。

美国斯坦福大学崔屹团队一直致力于cryo-EM技术在能源材料领域的应用。在这篇综述中，作者强调了cryo-EM对能源相关研究的重要性，以及由此可能产生的影响结果。主要回顾了cryo-EM在锂（Li）电池、混合钙钛矿太阳能电池和金属−有机骨架等方面的代表性研究。cryo-EM技术在揭示这些能源体系中敏感但关键组件的结构和化学信息方面显示出巨大的应用前景。

文章要点

1）作者首先总结了cryo-EM技术在解决电池中固体电解质界面、正极电解质界面和电极材料的纳米结构和化学方面的应用，以阐明cryo-EM技术如何启发合理的材料设计，并指导电池研究走向实际应用。

2）作者接下来探讨了cryo-EM技术在帮助人们揭示弱键合金属−有机骨架中的客体插层化学，从而形成宿主−客体相互作用的完整图景。

3）作者总结了cryo-EM技术在用于太阳能电池的混杂钙钛矿材料方面的研究，其中cryo-EM技术在保存挥发性有机分子，保护钙钛矿不受任何空气或水分污染方面发挥了巨大作用。

4）作者最后对cryo-EM技术在能源和材料科学中的未来发展方向进行了展望和简要总结。

参考文献

Zewen Zhang, et al, Cryogenic Electron Microscopy for Energy Materials, Acc. Chem. Res., 2021

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00183

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00183