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Small structures:單原子材料——小結構中的大乾坤
發布時間: 2020-11-19 11:28 | 【 【打印】【關閉】

  大千世界中的一切都是由元素周期表中118個元素排列組合而成,這些元素構成了數萬億種微觀結構?;仡櫲祟惖臍v史,人們一直致力于調節物質的結構。最初,原始人打磨石頭以制造武器。隨后,人們發現了通過鍛造改變金屬結構的方法。在經過了材料的多年發展之后,人們可以進行的調控從宏觀發展到微觀甚至單原子。早在1981年,赫伯特·格萊特(Herbert Gleiter)就提出,當晶體邊界處的原子所占比例從1/108增加1/2時,材料的性能可能會發生巨大變化。如何提高和調控靠近邊界的原子比例成為了前沿問題,納米材料的時代宣告到來。在將近三十年發展后,人們目前已經發現,納米材料的性能主要取決于缺陷,雜質和位錯等。相對應的,研究人員已經開發出許多方法來調節這些微觀結構,但這些調控遠遠不是精確的微觀結構調節。

 

  

 

  在21世紀第二個十年,隨著合成和表征技術的飛速發展,單原子材料(SAM)被提出,化學家逐步從“納米時代”進入“原子時代”。從此,SAM在眾多領域諸如催化,燃料電池等都展現了較高性能?;赟AM,化學家終于可以實現單個原子的排列,觀察和研究。SAM為化學家提供了理想的模型來研究微觀結構與宏觀性能之間的構效關系。雖然這一領域的相關工作層出不窮,但是目前對于微觀結構與宏觀性質的作用關系的解析還遠遠不足,迫切需要進一步的探究。

  在這一領域進行了豐富的研究后,清華大學王定勝/李亞棟團隊通過對單原子材料領域的研究工作進行梳理,在微觀結構調控策略,表征手段以及其與宏觀性能的關系這三個方面總結了目前研究的特點以及不足?;诖?,作者對于單原子材料領域未來的熱點問題進行了展望如下:1)從調控到控制:目前的合成技術和手段已經相當先進,可以實現對單原子的微觀結構進行調控,但是如何實現每個原子的精確控制是一個巨大的挑戰;2)從表征到預測;單原子材料目前的主要表征手段非常復雜。通過精確控制合成并了解單原子材料的性質,建立更為簡便的研究方法或者從合成上預判所得材料的結構是很值得研究的方面;3)從認知到設計:目前化學主要還是通過大量的實驗去認識結構和性能的關系。如果能從原子分子水平上充分認識結構如何決定性能,明確影響單原子材料性能的關鍵結構因素,就能達到預知最優性能對應最優結構的目的,然后利用先進的合成技術實現目標材料的直接設計合成,最終實現化學家們從“試錯”走向“設計”的終極夢想。

  研究者相信,這篇綜述會為單原子材料領域的研究提供一個較為全面的指南與參考,并為接下來單原子領域的研究提供一些有價值的思路。相關論文在線發表在Small Structures (DOI: 10.1002/sstr.202000051)上。 

  文章來源:materialsviewschina 

  文章鏈接:https://www.materialsviewschina.com/2020/11/50377/ 

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