第一作者：Peng-Cheng Chen

通讯作者：Chad A. Mirkin

通讯单位：美国西北大学

研究亮点：

1. 系统合成了最多七元金属的纳米合金的样品库。

2. 首次制备得到了四相异质纳米颗粒。

3. 揭示了表面和界面能量之间的平衡如何影响相和界面结构。

先看图

为什么要研究多元合金和相界面？只是因为好看？

一般来说，由多种元素组成的热力学稳定的合金金属纳米颗粒可以呈现几种不同的相，从而形成多个界面。 由多相纳米颗粒中的相界产生的界面，不仅在结构上限定纳米颗粒，而且会引入内部结构不连续性，并促进相邻域之间的电子相互作用。例如，跨纳米颗粒界面发生的电荷转移可用于调节等离子体和催化性质。此外，当邻近相外延时，应变工程可以调制材料的电子结构，而且两个畴之间的界面可能富含高能缺陷用于增强催化性能。

Chad A. Mirkin及本文第一作者Chen在2016年建立的五元合金样品库/Science

Peng-Cheng Chen, Xiaolong Liu, Chad A.Mirkin et al. Polyelemental nanoparticle libraries. Science 2016, 352,1565-1569.

本研究拟解决的关键问题

随着多相，多元纳米颗粒的发展趋向于更大的组成多样性和结构复杂性，理解如何在一个粒子中建立特定类型的界面，对于设计新型功能性纳米结构至关重要。目前，合成多元纳米异质结的策略很多，但是对于其中的热力学相仍然知之甚少，对于为什么形成特定结构，表面和界面能量在控制形成特定结构中的所起的作用尚不明了。

成果简介

有鉴于此，美国西北大学Chad A. Mirkin团队报道了一种七元合金的相和界面的控制合成策略，揭示了表面和界面能量之间的平衡如何影响相和界面结构。  

要点1：多元合金制备

研究人员使用扫描探针嵌段共聚物光刻（SPBCL）技术，基于Au，Ag，Cu，Co, Ni五种元素，在纳米反应器中与PdSn合金系统性构建形成多元金属纳米颗粒数据库。研究表明，三相纳米粒子具有两个或三个界面结构，四相纳米粒子表现出多达六个界面。

观察1：对于具有n个相的多元纳米颗粒，可能的界面数应该在n-1和n（n-1）/ 2之间。

观察2：双相结构不能用于预测具有三相或更多相的结构。

观察3：热力学结构是表面和界面能量之间平衡的结果（例如，对于三相结构，规定三界面或双界面结构的可能性）。

观察4：三相纳米颗粒中未观察到的界面，在更多相的纳米颗粒中也不会存在。

要点2. 理论建立

结合实验工作和密度泛函理论计算，研究人员根据可识别PdSn合金与其他金属（Au，Ag，Cu，Co和Ni）之间的混溶间隙，深入了解表面和界面能之间的平衡，并基于此建立了一套合成热稳定多元异质结构的设计规则，最终形成了由Au，Co，Pd，Sn和Ni制成的具有六个相界的、前所未有的四相纳米颗粒。

小结

总之，这项研究为多元异质结的构建提供了更系统的理论指导，为金属纳米异质结在催化、电子器件等领域的应用提供了更多借鉴。除此之外，美轮美奂的纳米合成艺术，让科研的世界变得更美好！

参考文献：

Peng-Cheng Chen, Chad A. Mirkin et al. Interfaceand heterostructure design in polyelemental nanoparticles. Science 2019, 363,959-964.

http://science.sciencemag.org/content/363/6430/959