晶粒构成了多晶材料的基石，它们的晶界决定了电导率、扩散性和延展性等整体物理性能。尽管纳米材料在催化、电池和氢能技术应用中具有重要意义，但人们对纳米材料中晶粒的结构和演化以及晶界在反应或相变动力学中的作用仍然知之甚少。

近日，瑞典查尔姆斯理工大学Christoph Langhammer报道了单个Pd纳米颗粒中脱/加氢相变动力学的研究。

文章要点

1）研究人员利用单个Pd纳米颗粒大阵列多路等离激元纳米成像显微镜，结合GIXRD和TEM表征，证明了每个脱/加氢循环都会诱导大量的晶粒生长。这种生长显著地减缓了吸氢的动力学，并且由于每个颗粒中的个体颗粒形态演化，使得它们变得越来越单一。

2）力学上，氢气沿晶界的扩散和晶界处氢化层诱导的拉伸应变是影响吸附动力学的主要因素，而对于脱附，位于纳米颗粒表面的晶界位置的能量和丰度取决于晶粒的生长。

3）研究人员明确指出，颗粒生长过程是观测到的动力学补偿效应的机制来源。换句话说，研究人员观察到了传统的阿累尼乌斯温度效应和晶粒生长对动力学的影响之间的卷积。这对长期以来关于补偿效应起源的争论做出了重要贡献。

4）研究发现将直接影响人们对金属-溶质相互作用的基本理解，并为纳米材料的合理设计提供一个迄今未被探索的把手，这些纳米材料可应用于固态氢存储和具有超快响应和长期稳定性的氢传感器。

参考文献

Alekseeva, S., Strach, M., Nilsson, S. et al. Grain-growth mediated hydrogen sorption kinetics and compensation effect in single Pd nanoparticles. Nat Commun 12, 5427 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25660-x

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25660-x