北京大学深研院新材料学院潘锋教授课题组和美国国家同步辐射光源NSLS II白健明教授、Brookhaven国家实验室王峰教授、美国陆军实验室许康教授合作，开发了一种全新高效的微波水热合成方法。如图1所示，通过原位同步辐射XRD追踪了层状正极材料Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 (NMC333)的微波水热合成过程，发现氢氧化物前驱体在160 ℃的低温下极短时间内（4分钟）就转变为层状氧化物产物。通过与原位固相合成实验、原位水热合成实验进行对比，发现了微波水热的反应速率（1.819 min-1）比固相合成（0.091 min-1）和水热合成（0.096 min-1）大一个数量级。通过进一步的原位实验详细分析了反应中各组分的微波吸收能力，成功揭示了超快微波合成背后的靶向能量传输引发化学反应的机理：微波能量可以通过与极化分子水合锂离子及带有未成对自旋电子的过渡金属离子的共振相互作用，精确地将能量传递到反应物中，提升反应物的内部动能而对环境反应温度影响不大，从而加快了固液界面处的锂离子插入速率和晶体的相结构演化，最终实现了层状正极材料的低温快速合成。该工作近日发表在Science子刊Science Advances（DOI：10.1126/sciadv.abd9472，影响因子为13.116）上。
图2 超快微波靶向能量传输引发化学反应的机理
该工作是在新材料学院潘锋教授、美国国家同步辐射光源NSLS II白健明教授、美国Brookhaven国家实验室王峰教授和美国陆军实验室许康教授的共同指导下，由第一作者研究员张明建及相关人员共同努力一起完成。该工作得到了国家材料基因工程重点研发计划、广东省创新团队项目的大力支持。
