最新Nature：液體環境透射電鏡合成亞穩態氫化鈀

一、【導讀】

在自然界中，動力學上的優勢結構——亞穩相無處不在。由高能量前驅體生長的晶體受初始條件，如溫度、壓力或晶體尺寸等的影響，并不形成熱力學穩定的基態結構，而是采用亞穩態結構，隨著晶體的進一步生長，它們通常會經歷一系列的轉變，從亞穩相到低能相直至能量穩定相。

亞穩相因其優越的物理化學性質，而成為材料科學創新中待開發的研究對象。然而，對亞穩態材料的探索目前主要是基于“經驗法則”，即經驗、直覺甚至是推測。因此，研發一種基于理性設計的新模式去發現新的亞穩態相是十分必要的。

二、【成果掠影】

近日，韓國浦項科技大學的Chang Yun Son、韓國先進技術研究所的Yongsoo Yang、韓國科學技術研究院的Young-Su Lee和?Dong Won Chun、?Sung Jong Yoo及其團隊在Nature上發表題為“Metastable hexagonal close-packed palladium hydride in liquid cell TEM”的研究成果。文章報道了利用液體環境透射電鏡合成亞穩態的六方密排(hcp)氫化鈀(PdH_x)。溶液中前驅體濃度的獨特相互作用能夠穩定亞穩態hcp結構：氫(H)足量，有利于亞納米尺度上hcp結構的形成，而Pd不足，會抑制晶體的進一步生長和向熱力學穩定的面心立方結構的轉變。這些研究發現為亞穩態設計策略提供了熱力學參考，可用于發現新的亞穩態相。

三 、【核心創新點】

√石墨烯液體電池(GLC)通過液體電池透射電鏡合成了亞穩態六方密排(hcp) PdH_x納米粒子

√基于EAM的經典Pd-H原子間勢分析了不同堆積方式的塊狀晶體PdH_x穩定性，進而預測了PdH_x的晶格常數和彈性性質

四、【數據概覽】

圖1? hcp Pd納米粒子在GLC中的原位和非原位TEM分析???2022 Springer Nature

圖2? 模擬預測fcc/hcp PdH_x納米顆粒的熱力學穩定性 ??2022 Springer Nature

圖3 ?EDR、Pd溶液濃度和液槽類型對納米顆粒結構的影響 ??2022 Springer Nature

圖4 ?PdH_x納米顆粒的三維單原子級結構分析 ??2022 Springer Nature

五、【成果啟示】

本研究中制備了一種新型的亞穩hcp-PdH_x，液相池中Pd前體數量有限和H的持續供給的獨特環境，促使hcp相的形成。MC模擬表明，納米級hcp PdHx穩定的關鍵是H原子的不規則分布。此外，結合液體環境透射電鏡(TEM)和原子電子斷層掃描(AET)判斷，Pd不足會促進多步成核和晶體生長，進而保持了完整的亞穩態相。亞穩態hcp-PdHx比fcc PdHx具有更好的H容量和更強的H結合力，hcp或fcc晶體結構可以通過調節TEM液體池內的H和Pd濃度來調節控制。

這一發現為新型儲能材料的設計和合成提供新的參考。例如，與傳統的制備工藝相比（嵌入和溶解驅動的相變），在高濃度的H或Li下，制備用于存儲氫的材料或鋰離子電池電極材料可能會產生新的亞穩態相。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04391-5

本文由try or fly供稿。