近日，韓國蔚山科技大學（unist）能源技化工部的郭常圭（音譯）教授，浦項工科大學（postech）化學科的樸秀進（音譯）教授，以及美國太平洋西北國家實驗室（pacific northwest national laboratory,pnnl）共同合作，成功開發了硅的低溫合成技術，并借助原子單位的模擬闡明了合成原理。此次研究成果刊登于全球知名期刊《communications chemistry》的最新一期。

目前，鋰離子電池上的陰極材料主要采用的是石墨，但是電動汽車等大容量電池的需求持續增長，迫切需要容量更大替代材料，硅因而也備受關注，這是因為硅的容量比石墨大10倍以上。

目前硅的合成方法有很多種，但最為常用的名為“利用金屬還原二氧化硅”，但這一方法需要數百度以上的高溫，也很難大批量生產硅。

此次研究團隊采用了名為“金屬鹵化物催化劑”，將硅與金屬發生化學反應，即便在較低的溫度下也可以生成硅。通過原子模擬，解釋低溫合成工藝的機理。金屬鹵化物催化劑可以加快金屬和二氧化碳的反應，降低反應能，由此輕易合成硅。

金屬鹵化物的熔點低，可以從二氧化硅脫去氧，起到了降低還原反應溫度的作用，通過直接參與還原反應，由此加快了硅的生成速率。從原子單位的機理來看，事實上，硅在較低的反應溫度下就可以生成，這將有助于硅陰極材料的大批量生產。

研究團隊將低溫合成法制備的硅用作電池的陰極材料，進行充電和放電試驗，反復進行數百次以上，電化學性能依舊非常穩定。

通過原位透射電鏡實時觀察發現，低溫合成的硅具有結構穩定性，尤為適用作第二代陰極材料。通過闡明金屬鹵化物合成法的機理，將為低溫合成硅提供充足的理論依據。金屬鹵化物不僅可以促進金屬熔化，而且對硅的構造也有極大的作用，今后還有望應用于其他金屬氧化物的還原反應。

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