Science最新成果：塊狀合金直接轉變為氧化物納米線

【引言】

納米線、納米晶須、納米纖維、納米管和其它一維納米結構材料在提高功能材料和復合材料光、電、熱和機械性能方面具有優異的表現，由這些一維材料制成的介電質和半導體納米材料被廣泛應用于先進儲能集能設備、催化劑載體、柔性電子設備和建筑用材等領域中。生產一維納米材料的絕大多數合成路線都是相對高成本的方法，并不適用大規模生產，例如催化輔助氣相沉積、物理氣相沉積、水熱合成、犧牲模板法等。與由塊狀材料合成二維材料相比，幾乎沒有由塊狀材料合成一維材料的研究實例。

【成果簡介】

北京時間2017年1月20日，美國佐治亞理工學院的Gleb Yushin教授課題組在Science上在線發表了一篇題為“Transformation of bulk alloys to oxide nanowires”的報告文章。在該文中，研究人員在真空室溫環境中，借助化學轉化反應前端邊沿的應變能最小化機理，在沒有使用催化劑和外部刺激的情況下，實現了塊狀材料向納米線的直接轉變。在實驗過程中，鋁或鎂合金的多微尺寸顆粒轉變成可調尺寸的醇鹽納米線，進一步在空氣中加熱時轉變為氧化物納米線。同時，基于鋁氧化物納米線制成的隔膜能夠提高鋰離子電池的安全性和比容量。另外，文工作所介紹制備一維材料的方法適用于一維材料和薄膜的超低成本規模化生產中。

【圖文導讀】

圖1.鋁乙氧基納米線信息

A.所制備β-AlLi合金初始晶粒結構的SEM顯微圖

B-E.室溫下暴露于無水乙醇30分鐘后，在β-AlLi顆粒表面上形成排列的Al(EtO)₃納米線簇

F.轉化反應完成后產生的無序再分散Al(EtO)₃納米線

G.納米線形成示意圖

圖2.通過使用的合成溫度和醇來調節納米線直徑

A-D.不同D₅₀和測量數下納米線直徑分布分析

E.所測納米線直徑框圖，外框表示25%至75%四分位差，水平線表示中位數

圖3.Al(EtO)3納米線轉化為Al2O3納米線

A.Al(EtO)₃納米線在空氣中以4 ℃/min速率加熱時的原位高溫掠射入射XRD譜圖

B.Al(EtO)₃納米線在800 ℃下退火2 h后產生的自支撐非織造Al₂O₃織物的SEM顯微圖

C.Al(EtO)₃納米線在800 ℃下退火2 h后產生的自支撐非織造Al₂O₃織物的光學照片

圖4.在Al₂O₃納米線隔膜、商業聚丙烯隔膜和商業纖維素隔膜之間進行的選擇性測試

A.在隔膜上進行的濕性測試時間分辨光學圖像

B.隔膜熱穩定性測試的光學圖像，加熱時間為2分鐘

C.由相同石墨陽極和LiFePO_4?(LFP)陰極組成的全電池在2 C倍率下的倍率性能

D.由相同石墨陽極和LiFePO_4?(LFP)陰極組成的全電池在2 C倍率下的典型充放電曲線

E.隔膜的離子導電率，填充電解質與A相同

【小結】

本文報道了在無催化劑條件下，通過在金屬合金中選擇性溶入活性金屬的方法來制備非活性金屬的有機金屬化合物，這種一維有機金屬納米結構可以轉變成各種陶瓷納米線和柔性的熱穩定膜。

文獻鏈接：Transformation of bulk alloys to oxide nanowires?(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal2239)

本文由材料人新能源組 Jon 供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”

材料測試，數據分析，上測試谷！