Science最新成果：块状合金直接转变为氧化物纳米线

【引言】

纳米线、纳米晶须、纳米纤维、纳米管和其它一维纳米结构材料在提高功能材料和复合材料光、电、热和机械性能方面具有优异的表现，由这些一维材料制成的介电质和半导体纳米材料被广泛应用于先进储能集能设备、催化剂载体、柔性电子设备和建筑用材等领域中。生产一维纳米材料的绝大多数合成路线都是相对高成本的方法，并不适用大规模生产，例如催化辅助气相沉积、物理气相沉积、水热合成、牺牲模板法等。与由块状材料合成二维材料相比，几乎没有由块状材料合成一维材料的研究实例。

【成果简介】

北京时间2017年1月20日，美国佐治亚理工学院的Gleb Yushin教授课题组在Science上在线发表了一篇题为“Transformation of bulk alloys to oxide nanowires”的报告文章。在该文中，研究人员在真空室温环境中，借助化学转化反应前端边沿的应变能最小化机理，在没有使用催化剂和外部刺激的情况下，实现了块状材料向纳米线的直接转变。在实验过程中，铝或镁合金的多微尺寸颗粒转变成可调尺寸的醇盐纳米线，进一步在空气中加热时转变为氧化物纳米线。同时，基于铝氧化物纳米线制成的隔膜能够提高锂离子电池的安全性和比容量。另外，文工作所介绍制备一维材料的方法适用于一维材料和薄膜的超低成本规模化生产中。

【图文导读】

图1.铝乙氧基纳米线信息

A.所制备β-AlLi合金初始晶粒结构的SEM显微图

B-E.室温下暴露于无水乙醇30分钟后，在β-AlLi颗粒表面上形成排列的Al(EtO)₃纳米线簇

F.转化反应完成后产生的无序再分散Al(EtO)₃纳米线

G.纳米线形成示意图

图2.通过使用的合成温度和醇来调节纳米线直径

A-D.不同D₅₀和测量数下纳米线直径分布分析

E.所测纳米线直径框图，外框表示25%至75%四分位差，水平线表示中位数

图3.Al(EtO)3纳米线转化为Al2O3纳米线

A.Al(EtO)₃纳米线在空气中以4 ℃/min速率加热时的原位高温掠射入射XRD谱图

B.Al(EtO)₃纳米线在800 ℃下退火2 h后产生的自支撑非织造Al₂O₃织物的SEM显微图

C.Al(EtO)₃纳米线在800 ℃下退火2 h后产生的自支撑非织造Al₂O₃织物的光学照片

图4.在Al₂O₃纳米线隔膜、商业聚丙烯隔膜和商业纤维素隔膜之间进行的选择性测试

A.在隔膜上进行的湿性测试时间分辨光学图像

B.隔膜热稳定性测试的光学图像，加热时间为2分钟

C.由相同石墨阳极和LiFePO₄ (LFP)阴极组成的全电池在2 C倍率下的倍率性能

D.由相同石墨阳极和LiFePO₄ (LFP)阴极组成的全电池在2 C倍率下的典型充放电曲线

E.隔膜的离子导电率，填充电解质与A相同

【小结】

本文报道了在无催化剂条件下，通过在金属合金中选择性溶入活性金属的方法来制备非活性金属的有机金属化合物，这种一维有机金属纳米结构可以转变成各种陶瓷纳米线和柔性的热稳定膜。

文献链接：Transformation of bulk alloys to oxide nanowires (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal2239)

本文由材料人新能源组 Jon 供稿，材料牛编辑整理。

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