青年才俊，师从崔屹，发过Science，开创一个领域，又获大奖！

李煜章，加州大学洛杉矶分校助理教授，2022年6月10日获得了美国能源部颁发的早期职业生涯奖（DOE Early Career award），他是UCLA工程学院第一个被授予美国能源部早期职业生涯奖的教职工。该奖项将支持他在原子尺度进行锂电池工作原理方面的研究，并着眼于设计更安全、更高效和更持久的电池。

具体来说，他将利用加州大学洛杉矶分校纳米系统研究所的低温电子显微镜设备开发先进的成像技术。这种技术将允许研究人员以前所未有的细节放大电池内的纳米级液体-固体界面，描绘出电子和离子上发生的事情，并以慢镜头展示这些动作，精确到千分之一秒。从研究中获得的信息可以与电池的表现相关联。这样的知识可以为开发储存高能电池提供新的途径。

除了电池研究，这项技术还可以应用于其他研究领域，如生物和化学，在这些领域中，液-固界面会影响纳米尺度的过程。

2013年，李煜章在加州大学伯克利分校获得学士学位，之后在斯坦福大学崔屹教授课题组进行博士研究，2018年获得博士学位。

李煜章于2020年加入加州大学洛杉矶分校，全国各地共有83名研究人员获得该奖项，他是这些科学家之一。这些获奖的研究项目都与能源部的八个主要项目办公室相一致，李的项目是由能源部基础能源科学办公室选定的。

这是李煜章在过去一年里获得的第三个职业生涯早期奖。他还获得了美国国家科学基金会的职业生涯奖(CAREER Award)，以支持他的锂电池研究，还获得了美国化学会石油研究基金的博士新研究员资助，以支持天然气储运的研究。

此外，他还获得了以下奖项：

2021年，福布斯30位30岁以下的年轻人；

2018年，电化学学会Daniel Cubicciotti奖；

2018-2020年，Intelligence Community博士后研究奖学金；

2017年，材料研究会研究生奖；

2013-2016年，国家科学基金研究生研究奖学金。

李煜章最有名的成果就是利用冷冻电镜来观察锂枝晶的形貌和结构，成果发表在Science上，时间正巧是冷冻电镜获得诺奖后不久，该工作引起了极大的轰动。

从此，利用冷冻电镜观察锂负极的SEI和锂枝晶成为了很多高档次文章的标配，为原子尺度上观察锂负极的状态做出了巨大贡献。

为什么要使用冷冻电镜呢？

由于电子束的轰击和产热，标准透射电镜无法在操作后保存化学反应和光束敏感电池材料的原始状态，但这些材料在低温条件下仍然保持原始状态。在这个Science中，作者在原子尺度上分解单个锂金属原子及其与固体电解质界面(SEI)的界面，并观察到，碳酸酯基电解质中的枝晶沿着<111>(首选)、<110>或<211>方向生长为多面单晶纳米线。这些生长方向在扭结时可以改变，而没有明显的晶体形貌。

在另一篇Joule中，冷冻电镜再次发挥作用，来解析SEI的细节。

在这里，作者使用低温电镜来发现两种不同的SEI纳米结构(即马赛克SEI和多层SEI)的功能，并将它们的明显影响与锂金属电池性能联系起来。作者将SEI内部晶粒分布的波动作为区分马赛克SEI和多层SEI的关键特征，导致它们不同的电化学剥离机制。然而，在马赛克SEI中，局部Li溶解通过高结晶度区域迅速发生，在更有序的多层SEI中观察到均匀的Li剥离，这将电池循环期间的Li损耗降低了三倍。SEI纳米结构的细微变化带来显著的性能提高，突出了低温电镜研究在揭示纳米级高能电池的关键失效模式方面的重要性。

在更早时候，李煜章还发表了Nature Energy，利用石墨烯纳米笼来实现微米硅的稳定循环。

李煜章和团队研究了一种使用合成的多层石墨烯“笼子”封装硅微粒（约1-3μm）的方法。石墨烯笼在循环充电过程中充当机械强度高且柔软的缓冲膜，即使微粒在笼中膨胀和破裂，也能够在颗粒和电极水平上保持电连通性。此外，化学惰性的石墨烯笼形成稳定的固体电解质界面，从而最大程度地减少了不可逆的锂离子消耗，并在早期循环中迅速提高了库仑效率。

未来几年，李煜章及其团队将继续利用冷冻电镜进行科学研究，除了电池之外，他们在其他领域也取得了可喜成果，比如在MOF中为气体成像，研发储能新材料，此外，还用冷冻电镜揭示太阳能电池的原子结构，并研究其腐蚀机理。相信未来李煜章团队会有更多的成果与大家见面！

链接：

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