Nature：原位TEM研究亚稳态PdHx生长和稳定机理

纳米技术

2022-03-25

亚稳态是一种动力学上具有优势的结构，广泛存在于自然界。晶体的生长过程中，从高能量前驱分子出发合成更容易形成亚稳态而不是基态高稳定性状态，这种亚稳态的选择性与实验条件（温度、压力、晶体尺寸等）有关。当晶体进一步的生长，将发生一系列转变过程，从亚稳态转变为能量更低的相，最终生成能量上稳定的晶相。

亚稳态有可能产生优异的物理化学性质，因此发现、合成亚稳态材料是材料科学领域进行发展和创新的途径。但是，目前寻找亚稳态材料一般都是尝试性的，通过基于实验的经验，主要通过直觉或者推测的“经验法则”。这导致人们需要发展能够基于理性设计发现和探索新型亚稳态材料晶相。

有鉴于此，韩国科学技术研究院（KIST）Dong Won Chun、Sung Jong Yoo、Young-Su Lee、韩国先进科学技术研究院（KAIST）Yongsoo Yang、浦项科技大学Chang Yun Son等报道在液相TEM电子显微镜表征生成亚稳态六方密堆积（hcp）PdH_x的机理和过程。

本文要点：

（1）

这种亚稳态hcp PdH_x通过与溶液相前驱体浓度密切相关：当溶液中具有足量氢物种有助于亚纳米尺度上形成hcp结构，将Pd的量不够导致无法生长以及转变为热力学稳定的面心立方（fcc）。

计算模拟发现，不规则分布的间隙氢原子（并非分布在八面体间隙位点）是在纳米尺度稳定hcp PdH_x的关键；通过原位液相TEM表征和原子电子断层成像AET（atomic electron tomography）表征推测，在Pd的量不足时生长，晶体成核、生长过程包括多个步骤，并且能够形成完好的亚稳定状态。

（2）

本文研究为设计亚稳态材料和发展新型亚稳态晶相物种提供热力学角度的规律认识。

参考文献

Hong, J., Bae, JH., Jo, H. et al. Metastable hexagonal close-packed palladium hydride in liquid cell TEM. Nature 603, 631–636 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-021-04391-5

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04391-5