将锂（Li）封装在单个纳米限域空间中，对于开发高性能的Li金属负极非常有趣，也至关重要。

近日，厦门大学王鸣生教授报道了旨在从机理上理解锂的封装及其在一维（1D）封闭空间中的Li受限生长动力学。

文章要点

1）研究人员利用原位透射电子显微镜，采用非晶态碳纳米管（aCNTs）作为模型宿主。碳壳具有双重作用，提供几何/机械约束和电子/离子传输通道，这极大地改变了Li的生长模式。

2）Li的生长/溶解是通过自由表面原子的添加/去除，通过Li⁺在电场方向上沿壳层的扩散而发生，从而形成了不寻常的Li结构，如多晶纳米线和独立的2D超薄（1-2 nm）Li膜。这种受限的前沿生长过程主要由Li{110}或{200}生长面主导，不同于纳米管外单晶Li枝晶的根部生长。

3）控制实验表明，通过充分的氮/氧掺杂或预锂化，使Li具有高的亲硫性/渗透性，对于Li在aCNTs中的稳定包裹至关重要。

4）第一性原理计算结果表明，N/O掺杂可以降低Li⁺渗透的扩散势垒，并通过形成低能Li/C界面的能量最小化来促进Li的填充。

这些结果可以对Li在各种受限环境中的生长行为提供有价值的见解，包括Li负极主体和固态电解质中的生长行为，这于设计下一代锂电池至关重要。

参考文献

Ping Wei, et al, Mechanistic Probing of Encapsulation and Confined Growth of Lithium Crystals in Carbonaceous Nanotubes, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202105228

https://doi.org/10.1002/adma.202105228