第一作者：Peng-Cheng Chen
通訊作者：Chad A. Mirkin
通訊單位：美國西北大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
1. 系統(tǒng)合成了最多七元金屬的納米合金的樣品庫。
2. 首次制備得到了四相異質(zhì)納米顆粒。
3. 揭示了表面和界面能量之間的平衡如何影響相和界面結(jié)構(gòu)。
先看圖
為什么要研究多元合金和相界面？只是因?yàn)楹每矗?/span>
一般來說，由多種元素組成的熱力學(xué)穩(wěn)定的合金金屬納米顆粒可以呈現(xiàn)幾種不同的相，從而形成多個界面。 由多相納米顆粒中的相界產(chǎn)生的界面，不僅在結(jié)構(gòu)上限定納米顆粒，而且會引入內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，并促進(jìn)相鄰域之間的電子相互作用。例如，跨納米顆粒界面發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移可用于調(diào)節(jié)等離子體和催化性質(zhì)。此外，當(dāng)鄰近相外延時，應(yīng)變工程可以調(diào)制材料的電子結(jié)構(gòu)，而且兩個疇之間的界面可能富含高能缺陷用于增強(qiáng)催化性能。
Chad A. Mirkin及本文第一作者Chen在2016年建立的五元合金樣品庫/Science
Peng-Cheng Chen, Xiaolong Liu, Chad A.Mirkin et al. Polyelemental nanoparticle libraries. Science 2016, 352,1565-1569.
本研究擬解決的關(guān)鍵問題
隨著多相，多元納米顆粒的發(fā)展趨向于更大的組成多樣性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，理解如何在一個粒子中建立特定類型的界面，對于設(shè)計(jì)新型功能性納米結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。目前，合成多元納米異質(zhì)結(jié)的策略很多，但是對于其中的熱力學(xué)相仍然知之甚少，對于為什么形成特定結(jié)構(gòu)，表面和界面能量在控制形成特定結(jié)構(gòu)中的所起的作用尚不明了。
成果簡介
有鑒于此，美國西北大學(xué)Chad A. Mirkin團(tuán)隊(duì)報道了一種七元合金的相和界面的控制合成策略，揭示了表面和界面能量之間的平衡如何影響相和界面結(jié)構(gòu)。
要點(diǎn)1：多元合金制備
研究人員使用掃描探針嵌段共聚物光刻（SPBCL）技術(shù)，基于Au，Ag，Cu，Co, Ni五種元素，在納米反應(yīng)器中與PdSn合金系統(tǒng)性構(gòu)建形成多元金屬納米顆粒數(shù)據(jù)庫。研究表明，三相納米粒子具有兩個或三個界面結(jié)構(gòu)，四相納米粒子表現(xiàn)出多達(dá)六個界面。
觀察1：對于具有n個相的多元納米顆粒，可能的界面數(shù)應(yīng)該在n-1和n（n-1）/ 2之間。
觀察2：雙相結(jié)構(gòu)不能用于預(yù)測具有三相或更多相的結(jié)構(gòu)。
觀察3：熱力學(xué)結(jié)構(gòu)是表面和界面能量之間平衡的結(jié)果（例如，對于三相結(jié)構(gòu)，規(guī)定三界面或雙界面結(jié)構(gòu)的可能性）。
觀察4：三相納米顆粒中未觀察到的界面，在更多相的納米顆粒中也不會存在。
要點(diǎn)2. 理論建立
結(jié)合實(shí)驗(yàn)工作和密度泛函理論計(jì)算，研究人員根據(jù)可識別PdSn合金與其他金屬（Au，Ag，Cu，Co和Ni）之間的混溶間隙，深入了解表面和界面能之間的平衡，并基于此建立了一套合成熱穩(wěn)定多元異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)則，最終形成了由Au，Co，Pd，Sn和Ni制成的具有六個相界的、前所未有的四相納米顆粒。
小結(jié)
總之，這項(xiàng)研究為多元異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建提供了更系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，為金屬納米異質(zhì)結(jié)在催化、電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多借鑒。除此之外，美輪美奐的納米合成藝術(shù)，讓科研的世界變得更美好！
參考文獻(xiàn)：
Peng-Cheng Chen, Chad A. Mirkin et al. Interfaceand heterostructure design in polyelemental nanoparticles. Science 2019, 363,959-964.
http://science.sciencemag.org/content/363/6430/959
