近日,东南大学孙立涛教授团队与美国伯克利劳伦斯国家实验室的郑海梅团队合作,在材料取向连接生长机理方面取得新进展,首次原位观测到表面配位体主导的材料取向连接过程,并提出了与吸附能相关的晶面选择机制。研究成果以“In-situ Liquid Cell Transmission Electron Microscopy Investigation on Oriented Attachment of Gold Nanoparticles”为题于1月29日发表在《自然·通讯》期刊上(Nature Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-02925-6)。
如何在纳米尺度下更精准控制材料的生长与合成一直是科学界的难题。近年来,溶液中纳米材料通过取向连接生长已经成为一种广泛认可的生长机制。这种机制打破传统所熟知的以原子或分子为生长基元的限制,认为纳米材料本身可以作为生长基元,在此基础上构建出更为复杂的一维、二维和三维纳米结构。虽然取向连接在解释各向异性材料的生长方面获得了巨大的成功,但是对其驱动力的研究还远远不够,这也是科学家实现材料精准可控合成的重要制约因素。
以前的研究认为,减少表面能、电(磁)偶极子效应、库伦作用以及范德瓦尔斯力是驱动取向连接发生的主要原因。该研究团队通过透射电子显微镜液体腔技术,在原子尺度上对液体中金颗粒的取向连接现象进行了原位的动态表征。该工作证实了表面配位体是驱动取向连接发生在特定晶面的重要因素,为材料精准制备提供重要实验依据和理论参考。
图. a. 表面配位体主导的金纳米颗粒发生取向连接的示意图。b. 原位观测到金纳米颗粒取向连接发生的过程:(1)自由转动;(2)定向转动;(3)瞬时接触。
(来源:国家自然科学基金委)