一種利用壓力來調控貴金屬納米材料晶相含量的新策略
自然界中,貴金屬金(Au)的塊體只能以其熱力學穩定結構面心立方(fcc)相存在。只有在納米尺度,利用濕法化學合成方法,人們才能獲得具有獨特光學性質的,密排六方hcp-4H結構的Au納米材料。雖然通過配體交換或外延生長貴金屬的方式,可以在溶液中誘導4H相的Au變為fcc結構,獲得更多的結構信息。但是,具體的結構性質和相轉變過程仍然無法確定。本工作利用金剛石對頂砧(DAC)技術對4H相的Au納米材料進行研究,探索其結構和相變過程,達到高壓貴金屬相工程的目的。? 高壓X射線衍射表明,壓力在1.2 – 26.1 GPa之間,Au的4H結構逐漸轉變為fcc相。同時,該過程的不可逆性使得貴金屬高壓相工程成為了可能。即通過控制最高壓力,獲得不同4H/fcc相含量的Au納米材料。同時,相比純4H相的Au納米帶,具有4H與fcc相交替多相結構的4H/fcc Au納米棒更容易發生高壓相變。這主要是由于4H/fcc多相Au納米棒中大量相邊界提供的相變成核位點,可以促進4H-fcc的相變過程。此外,課題組通過高分辨透射電子顯微技術和密度泛函理論(DFT)計算的結合,首次觀測到了原子尺度的Au相變路徑。發現Au由4H-fcc的相變機理為(-112)4H晶面的整平,并伴隨著密堆積方向的改變。這與以往觀測到的金屬高壓hcp-fcc相的相變機制完全不同。該工作不僅對Au納米結構的穩定性和相變提出了新的見解,而且提供了一種利用壓力來調控貴金屬納米材料晶相含量的新策略,該策略可用于研究基于晶相的催化、表面增強拉曼散射、波導、光熱療法、傳感、清潔能源等領域中。
南方科技大學
2021-04-13