“我科学家实现纳米材料界面的原位精准原子级调控”

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表界面结构是决定纳米材料性能的重要因素。 但是，这个界面是活性的，如何控制它是当今科学界的一大挑战。

经过近5年的研究，浙江大学、中国科学院上海高等研究院、丹麦科技大学的研究团队合作，利用环境透射电镜的原位特征和第一性原理计算，提出并首次实现了表面活性部位原子水平的精确原位控制。 它对如何从机制上自下而上实现材料、器件结构和功能的精确控制和设计起着重要的作用。 该成果于1月29日在线刊登在国际权威杂志《科学》上。

二氧化钛表面负载的金粒子是将一氧化碳转化为二氧化碳的重要催化剂，也是工业催化剂研究中的常见组合。 浙江大学利用擅长的原位环境电镜开展催化反应实验，根据原子级原位特征，首次发现两大现象:一是看到催化反应时金粒子发生外延旋转，首次通过可视化实验直观说明活性部位位于界面； 二是一旦停止引进一氧化碳催化剂，金粒子奇迹般地回到了原来的位置。 这次看到的催化剂旋转现象被认为是一般不可能发生的现象。

有什么可能呢？ 中国科学院上海高等研究院理论小组根据实验结果大胆推测首先诱导粒子旋转的元凶是界面吸附的氧，并对此推测进行了一系列的第一性原理和纳米级热力学计算。 结果表明，界面缺氧状态的粒子与二氧化钛载体密切结合，失去一定的吸氧能力，转动小立场后的粒子界面可以提供较多、较好的氧吸附活性位点。 为了更好地与吸附氧结合，适应高氧环境，粒子通过旋转而产生。 另一方面，界面氧活化后与一氧化碳反应后，粒子再次回到原来的位置，与载体紧密接触。

最近10多年的原位研究表明，纳米固体晶体材料并不像大家想象的那么硬，具有像橡皮泥一样强的原位塑性。 科学研究者解释。 科研小组据此提出了通过改变反应环境精确控制界面的设计思路，最终通过原位电镜实验实现。 (记者王春)