化学家合成具有不锈钢样界面的纳米材料

右边的副教授Mathew M. Maye和研究助理Wu Wenjie Wu G’11，G’13

锡拉丘兹大学（Syracuse University）的研究人员开发了一种新的合成途径，以定制纳米材料的内部微观结构。

艺术与科学学院的化学家已经提出了如何合成具有不锈钢样界面的纳米材料的方法。他们的发现可能会改变纳米材料的形式和结构的操纵方式，尤其是那些用于气体存储，非均相催化和锂离子电池的材料。

这些发现是7月24日在《小》（Wiley-VCH，2013年）杂志上发表的文章的主题，该论文由副教授Mathew M. Maye和研究助手Wenjie Wu G’11，G’13合着。

到目前为止，科学家已经使用了许多湿化学方法（统称为胶体合成）来操纵反应，在该反应中，金属离子形成纳米级的合金。在此，金属纳米粒子的大小通常为2至50纳米，并具有高度独特的特性，包括各种颜色，高反应性和新颖的化学性质。

Maye和Wu是不断发展的国际化学家和材料科学家团队的成员，他们正在研究改变纳米粒子尺寸，形状和组成的新方法。

“在SU，我们已经开发出一种新的合成途径来定制纳米材料的内部微观结构，” Maye说，他的研究涵盖了无机化学，催化，材料科学，自组装和生物技术。

Maye的方法始于预先合成的铁纳米颗粒核。在合成了结晶金属形式的核后，他和吴将铬的薄壳化学沉积在铁上。当“核/壳”纳米粒子暴露于高温时，它们会退火。而且，铁和铬相互扩散，形成铁-铬合金壳。因此，“芯/合金”产品的界面类似于某些形式的不锈钢。

由于不锈钢以其抗氧化性而闻名，因此Maye和Wu面临的最大挑战是发现纳米粒子如何在此过程中应对。

他说：“我们发现，纳米粒子在氧化时表现出独特的行为。”形成一个薄的铁铬氧化物壳，留下未氧化的铁核。更为有趣的是，形成了一个空隙，将核与壳分开。在材料科学中，这种现象称为Kirkendall扩散，即空位合并。

他补充说，如果没有高分辨率电子显微镜，X射线衍射和磁测量，这种工作是不可能的。

尽管“芯/合金”制造是一种新方法，但它可能允许使用更直接形式的合金纳米材料。

“由于难以氧化和需要其他特定条件，因此在宏观上我们认为理所当然的大多数合金，例如钢，都难以在纳米尺度上制造。”“我们的方法可能会打开新的大门。”

Maye获得了许多荣誉和奖项，包括总统科学家和工程师早期职业奖，并于2008年加入SU的教职员工。

拥有纳米材料合成专业知识的Wu是该项目的主要研究生。八月，她获得博士学位。 SU的无机化学专业。

Maye的工作得到了美国化学学会石油研究基金的支持。它利用了国家科学基金会材料研究科学和工程中心下的康奈尔材料研究中心，以及宾厄姆顿大学的分析和诊断实验室以及纽约州立大学环境科学与林业显微镜设施。

出版物：Wu Wenjie Wu和Mathew M. Maye，“具有不锈钢界面的核/合金纳米粒子中的空隙聚结”，《小》，2013年，DOI：10.1002 / smll.201301420

图像：锡拉丘兹大学