InfoMat:巧用應力,點「石」成「金」應力調控稀有金屬納米材料相變

稀有金屬由於其優越的催化性能與穩定性，一直以來都是電催化領域的熱門研究對象。然而，若想實現燃料電池等新能源裝置的大規模應用，稀有金屬的活性仍需要被進一步提高。最近，稀有金屬納米材料的相位調節成為了納米工程中的研究熱點。稀有金屬在常態下傾向於生成熱力學上最穩定的最密堆積相，然而當材料縮小到納米尺度時，也可以發生相變，生成新的相位或者轉變到常態下亞穩定的相位。實驗表徵說明，相變後的稀有金屬納米材料的各項重要物化性質都會呈現巨大的變化，如光學性質、導電性質、電磁性質與催化活性等。因此，對稀有金屬納米材料進行相位調控成為了提高稀有金屬性能的重要手段之一。而在調控相變的過程中，應力往往是新相位產生過程中的重要驅動力。同時，在相變後的材料中，新結構所帶來的內部應力，往往也促進了其性能上的提高。香港理工大學黃勃龍團隊對通過應力誘導的稀有金屬納米材料相變手段進行了總結與歸納，其中包含了外部施加應力誘導的相變、模板介導下的外延/非外延生長、表面配體誘導下應力驅動的相變以及晶體內部缺陷誘導的應力驅動的相變，介紹了各手段下應力對相變的促進作用與機理，給出了相應的被實驗報導的例子。隨後，研究者歸納總結了應力誘導下發生相變的稀有金屬納米材料在產氫（hydrogen evolution reaction）、氫氣氧化（hydrogen oxidation reaction）、產氧（oxygen evolution reaction）及氧還原（oxygen reduction reaction）四種基礎電化學反應催化中的應用與優異的催化活性表現。最後，該綜述回顧總結了當前稀有金屬納米材料相變調控研究中的挑戰，展望了未來該領域的研究方向，希望能對納米材料工作者與理論計算工作者在稀有金屬納米材料相變調控上的研究思路有所啟發。

該工作發表在InfoMat（DOI: 10.1002/inf2.12092）上。

團隊簡介：

黃勃龍教授，博士畢業於劍橋大學，目前任職於香港理工大學，研究方向固體功能材料的理論計算。目前共發表SCI論文120篇，其中以第一作者/共同第一作者/通訊作者身份發表論文共80餘篇，引用次數超過2000次,包括《Nature》，《Science》，《Energy Environment. Sci.》，《J. Am. Chem. Soc.》,《Chem. Soc. Rev.》，《Nat. Commun.》，《Adv. Mater.》，《Adv. Energy Mater.》《Angew. Chem. Int. Ed.》等國內外頂級雜誌，並多次被選為封面推薦文章。黃勃龍教授課題組與國內外前沿課題組均保持緊密的合作。