自组装和复杂的纳米级介晶可以针对多种用途进行调整

时间：2022-06-06 09:49:36来源：

来自 KTH 皇家理工学院和马克斯普朗克胶体与界面研究所的一个研究小组报告说，他们发现了控制制造氧化铈介晶的关键。这项研究在调整纳米材料方面向前迈进了一步，这些材料可以用于广泛的用途——包括太阳能电池、燃料催化剂甚至医药。

介晶是具有相同尺寸、形状和晶体取向的纳米颗粒，它们可以用作构建块来创建具有定制光学、磁性或电子特性的人造纳米结构。例如，在自然界中，这些三维结构存在于珊瑚、海胆和方解石沙漠玫瑰中。人工生产的氧化铈 (CeO2) 介晶 - 或纳米二氧化铈 - 是众所周知的催化剂，具有抗氧化特性，可用于药物开发。

“为了能够以可控的方式制造 CeO2介晶，人们需要了解这些材料的形成机制，”KTH 应用物理化学研究员 Inna Soroka 说。她说，该团队使用辐射化学首次揭示了二氧化铈中晶的形成机制。

由于它们的复杂性，介晶的形成并不遵循与普通晶体相同的路径——称为奥斯特瓦尔德成熟的过程，溶液中的较小颗粒溶解并沉积在较大的颗粒上。

研究人员发现，凝胶状的无定形相形成基质，其中大小约为 3nm 的初级粒子相互排列，自组装成直径为 30nm 的介晶。

索罗卡博士说：“如果介晶是一座房子，那么这种无定形相就扮演着连接墙壁中对齐砖块的水泥的角色。

他们还发现，中晶可以进一步自组织并形成肉眼可见的超晶。“就像建筑师可能设计的不是一栋房子，而是整个社区，这些房子以某种方式定位以满足居民的需求，”她说。

她说，这种多层次的超晶体结构对于未来的材料设计来说是一个有趣的概念。“人们对自然界中发现的各种结构和复杂形式(例如海胆和珊瑚)着迷。科学家们对结晶过程的工作原理很感兴趣。我们的工作是对这种理解的贡献。”