膨化制备超薄氧化物新策略

二维多孔金属氧化物具备高的表面原子占比、较短的离子传输路径、丰富的活性位点，在催化、传感、能源存储和转化等领域极具应用前景。然而大部分金属氧化物非本征层状结构，原子或分子的键能在所有维度上具有相同强度，难以自发形成二维形貌。其次，陶瓷类氧化物的形成能较高，需要在高温条件下长时间煅烧。因此二维多孔金属氧化物的研究与应用仍然受限于其制备方法。

 

5月20日，武汉光电国家研究中心黄亮课题组受到中国古代四大发明之一黑火药的启发，提出了一种膨化制备超薄氧化物的策略。该策略利用硝酸铵和葡萄糖的美拉德反应与剧烈的氧化还原反应形成的大尺寸碳纳米片作为牺牲模板，成功合成出36种多孔金属氧化物纳米片，其中包括稀土氧化物、过渡金属氧化物、Ⅱ主族金属氧化物、Ⅲ主族金属氧化物、钙钛矿结构氧化物以及复合型钙钛矿氧化物（图1-3）。该方法简单、高效、可批量化制备多孔金属氧化物纳米片，且无需后续纯化处理，具有广阔的应用前景。

 

 

图1. (A) 膨化制备的二维多孔氧化物的示意图；(B) Nd2O3多孔纳米片的光学照片；(C和D）Nd2O3多孔纳米片在不同区域的SEM图像，比例尺是1；(E) Nd2O3多孔纳米片的TEM 图像，插图是TEM图像的放大图像；(F) Nd2O3多孔纳米片的高分辨TEM图像，插图为相应的FFT图案；(G) Nd2O3多孔纳米片的AFM图像（H) 粉红色标注为膨化制备的超薄金属氧化物

 

 

图2.钙钛矿型多孔纳米片的结构表征

 

 

图3.Y2O3多孔纳米片的形成过程和生长机理

 

该研究成果以Puffing ultrathin oxides with nonlayered structures为题发表在Science Advances上。该研究工作第一完成单位为华中科技大学武汉光电国家研究中心，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及WNLO创新基金的支持。（来源：华中科技大学）