近日，由探花porn 柔性电子全国重点实验室马延文教授、赵进教授联合阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Husam N. Alshareef教授领衔的国际合作团队，在《Advanced Materials》上发表了题为“Crystal Orientation Engineering for Energy Storage and Conversion Applications”的综述文章，系统阐述了晶体取向工程在提升能量存储与转换材料性能中的关键作用。该综述首次全面梳理了晶体取向对材料电学、表面及离子传输等性质的影响机制，总结了先进表征技术与取向调控策略，为设计高性能能量器件提供了新思路。
晶体取向指晶体结构在样品坐标系中的排列方向，不同取向会导致材料各向异性，从而影响其物理化学性质。传统材料设计多关注形貌、缺陷和晶相调控，而取向工程通过优化晶体取向可显著提升材料在能量领域的性能。取向工程策略分为自下而上和自上而下两类。例如，通过外延衬底（或磁场诱导（可实现热力学稳定取向；而机械轧制可将多晶锌箔转变为(002)织构，抑制锌枝晶生长。在能量转换领域，取向工程显著提升电催化、太阳能电池和纳米发电机性能。在能量存储方面，锌金属阳极的[002]取向可抑制枝晶，使对称电池在30 mA cm-2下稳定运行80小时；而LiFePO4的[010]取向加速锂离子扩散，提升电池倍率性能。
该综述指出，未来需开发新型取向工程材料、绿色可扩展制备技术、原位取向演化表征方法，并结合机器学习预测最优取向。晶体取向工程有望推动固态电池、水系锌离子电池等下一代能量器件的商业化进程。此项工作为能量材料设计提供了从原子排列到宏观性能的桥梁，标志着材料科学向“取向精准定制”时代迈出关键一步。
能量储存和转换领域晶体取向工程概述示意图
Y. Wang, J. Chen, T. Guo, et al. “ Crystal Orientation Engineering for Energy Storage and Conversion Applications.” Adv. Mater. 37, no. 40 (2025): e08546. //doi.org/10.1002/adma.202508546