在过去的二十年中，我们已经见证了具有良好可控性能的贵金属纳米晶体的成功开发，及其在催化，等离子，电子和生物医学等领域的广泛应用。这些纳米晶体大多是受动力学控制的产物，大大偏离了热力学定义的平衡态。当温度升高时，，它们的原子排列预计会发生各种物理转变，从而引起形状，形态(中空vs固体)、元素的空间分布(偏析vs合金/金属间化合物)、内部结构(孪晶vs单晶)和晶体相的变化。为了在各种应用中优化这些纳米晶体的性能，迫切需要了解并改善其热稳定性。

有鉴于此，美国佐治亚理工学院的夏幼南教授等人，通过将原位加热与透射电子显微镜或X射线衍射相结合，实时研究了各种类型的贵金属纳米晶体的物理转变。还使用第一性原理计算探索了负责物理转变的原子细节，为开发具有增强的热稳定性的贵金属纳米晶体提供了深刻的指导。

本文要点

1）具体地说，观察到固体纳米晶体通过减少表面积而消除了表面能高的小切面而转变成热力学有利的伪球形颗粒。对于尺寸较大的纳米晶体，单晶晶格比孪晶结构更有利。

2）当转换为核-壳纳米晶体时，温度的升高除了引起形状转变外，还引起元素分布的变化。研究发现，核-壳纳米晶体的组成稳定性在很大程度上取决于形状，因此也取决于表面上晶面的类型。

3）对于中空的纳米晶体，例如纳米笼和纳米框架，尽管其独特的结构和较大的比表面积在催化等领域有着很高的应用价值，但其热稳定性却明显低于固体。当涉及到亚稳态晶体结构时，在接近于引起形状或组成变化的温度下也观察到相变。

总之，该工作提出的原理、方法和机理见解将帮助研究人员更好地理解贵金属纳米晶体在受到热活化时预期会发生的物理转变，这种理解最终将有助于开发出有效的方法来延迟或防止某些转化。

参考文献：

Zhiheng Lyu et al. Physical Transformations of Noble-Metal Nanocrystals upon Thermal Activation. Acc. Chem. Res., 2020.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00640

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00640