Nature：熔融無機鹽中的穩定膠體系統

【引言】

顆粒或某一溶質相在溶劑中能立刻均相分散可構成膠體溶液，膠體在生物、化學及其加工過程中都十分普遍，其高度均相化涉及不同的成分。而要使溶質顆粒能違背聚合和凝集以穩定的存在，則需要增加溶質表面的排斥力以克服之間的范德華力，例如可采用靜電穩定、表面修飾連接溶質構成立體空間等方法。

【成果簡介】

芝加哥大學Dmitri V. Talapin（通訊作者）等人今日最新報道了一種膠體系統，其溶質顆粒（金屬、半導體或磁性材料）均可在多種的熔融無機鹽中穩定存在。而這種穩定卻不同于傳統的靜電及立體機制，觀察溶質-溶劑結合表明膠體穩定性主要源于溶質-溶劑表面的化學鍵強度。經理論與分子動態建模分析，溶劑離子層的表面鍵在熔融鹽溶質顆粒周圍產生了長程電荷密度振動，從而阻止了它們之間的聚集。而這種無機顆粒在無機鹽中的膠狀復合的研究也為膠體固態科學與工程應用的發展打開新篇章。

【圖文導讀】

圖一、熔融無機鹽中的納米晶膠體

(a) 5.5 nm Pt NCs從n-癸烷（上層液體）相轉移至AlCl₃/NaCl/KCl熔融鹽（下層液，圖中以AlCl₃/AlCl₄^?指代）。

(b-d) 不同NCs在熔融鹽中構成的膠體溶液；b-AlCl₃/NaCl/KCl （~ 5 mg ml^?1 NCs）；c-LiCl/LiI/KI （~ 5 mg ml^?1 InP NCs，從兩個不同角度觀察）；d- NaSCN/KSCN （左圖為~ 10 mg ml^?1 FePt，右圖為~ 10 mg ml^?1 CdSe/CdZnS QDs）。

(e) CdSe/CdZnS QDs（左圖，~ 10 mg ml^?1）和 NaYF4:Yb,Er/CaF2 UCNPs（右圖，~ 10 mg ml^?1）的熔融NaSCN/KSCN膠體在紫外燈或980 nm近紅外光下表現出發光特性。

圖二、納米晶在熔融無機鹽中保持穩定

(a) Pt NC在十七烷膠體，AlCl₃/NaCl/KCl熔融鹽（AlCl₃/AlCl₄^?指代）甲苯乙醇混合液中構成膠體體系的SAXS圖。

(b) 原始Pt NCs包覆上油酸（OA）與油胺（OLA）混合物后與從AlCl₃/NaCl/KCl熔融鹽中回收的NCs的XRD圖。

(c) Pt NCs與OA和OLA間形成配體的TEM圖。

(d) 從AlCl₃/NaCl/KCl熔融鹽中回收的Pt NCs TEM圖。

(e) 從AlCl₃/NaCl/KCl熔融鹽中回收的NCs在經OA與OLA配位的TEM圖，內嵌圖為加入有機配體后分散在甲苯中的Pt NCs膠體系統。

圖三、膠粒可在熔融鹽中穩定的原因

(a) 膠體穩定性與在熔融鹽（藍色與綠色球示）中NC表面（紅色）化學親和力間的關系（圖中）。相應的穩定（圖右）與不穩定（圖左）膠體分散示圖。

(b) 閃鋅礦結構CdSe晶體（左）與熔融KCl（右）在Cd[001]表面間的MD動態模擬。

(c) K⁺ 和Cl^?離子密度分布圖，表示了近于表面化學惰性層（上部）與閃鋅礦結構CdSe晶體的Cd[001]表面的熔融鹽結構。

(d-e) 熔融KCl（藍色點）與兩個[001]CsSe 表面相互平行的離子結構其自由能模擬(d)與傾斜20 角的模擬結果(e)。

(f) NC表面相互間作用的自由能模擬，以及與離子層結構作用、范德華力和靜電雙層相互作用的不同。

【小結與展望】

這次針對溶質在熔融無機鹽中構成穩定膠體系統的研究將早先膠體研究領域中非傳統無機鹽溶劑延伸到熔融無機鹽中。而這種體系下溶質-溶劑間的作用也為穩定膠體系統提出新的概論，同時尺寸、形貌調制的顆粒除了表現出的可構成穩定膠體系統外，還可作為熱傳導和熱存儲載體以用于提高熔融鹽的熱導率。

文獻鏈接：Stable colloids in molten inorganic salts（Nature，2017，DOI：10.1038/nature21041）

本文由材料人編輯部大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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