Angew. Chem.：二维金属氧化物纳米片的亚稳相控制

晶相结构转变与很多领域息息相关，例如在高温高压条件下对固态物质的晶体结构研究，以及通过材料工程学调控新颖或者增强的性能，但是大部分通过晶相结构调控得到的亚稳相结构在外部条件消除之后很难稳定保持。为了使亚稳相结构在常温常压条件下能够稳定存在，前期文献报道了一些方法策略用于调控，例如外延生长以及掺杂诱导，但是制备方法相对繁琐。此外，实现金属氧化物亚稳相在常温常压条件下稳定存在的方法策略鲜有报道。中国科学院化学研究所的王铁研究员（点击查看介绍）课题组采用了一种简单的湿化学方法合成一种新型的氧化铈的亚稳相结构，体心四方相晶体结构，有别于目前收集在剑桥晶体结构数据库（CSD， Cambridge Structural Database）中的无机晶体，并对其进行了深入探究和热力学解释。

课题组对比制备了三种不同厚度的氧化铈纳米粒子，1.2 nm 超薄纳米片、2.2 nm 纳米片以及5.4 nm 的纳米立方体结构。通过高分辨透射电镜和粉末X射线衍射分析验证了1.2 nm超薄纳米片具有体心四方相结构，而2.2 nm 纳米片以及5.4 nm 的纳米立方体结构具有面心立方相结构。进一步通过Ce的L3边扩展X射线吸收精细光谱分析Ce-O键长的变化，证实Ce-O键长的严重扭曲与1.2 nm超薄纳米片的体心四方相结构相一致。通过以厚度为函数的热力学能计算，面心立方相结构具有更低的内部能，而体心四方相结构具有更低的表面能。随着厚度的降低，两种晶体结构的热力学能的差异减小，存在一个临界值（1.4 nm）：当厚度大于1.4 nm（2.2 nm纳米片以及5.4 nm的纳米立方体），面心立方相结构以更低的热力学能而稳定存在；当厚度小于1.4 nm（1.2 nm超薄纳米片），由于表面能在热力学能上占主导，体心四方相结构具有更低的热力学能，可稳定存在。

课题组进一步根据之前报道的氧化物纳米粒子获得了基于厚度与表面不饱和配位比率的二元相图。二元相图把氧化物纳米粒子分为三个部分，并制备了一系列的氧化物纳米粒子对二元相图进行了验证。该研究中基于厚度与表面不饱和配位比率的二元相图为亚稳相晶体结构的氧化物纳米材料的设计制备提供了新思路。

该论文作者为：Cong Liu, Lirong Zheng, Qian Song, Zhenjie Xue, Chuanhui Huang, Lu Liu, Xuezhi Qiao, Xiao Li, Keyan Liu, Tie Wang

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Metastable crystalline phase in two-dimensional metallic oxide nanoplates

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201812911

导师介绍

王铁

https://www.x-mol.com/university/faculty/15549

（本稿件来自Wiley）