納米顆粒簇(NPC)是由大量原生納米顆粒構(gòu)成的具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的超微粒，它們不僅表現(xiàn)出初級(jí)納米顆粒的固有物理性質(zhì)，而且還表現(xiàn)出納米顆粒的集體性質(zhì)，甚至表現(xiàn)出源于初級(jí)納米顆粒之間相互作用的新的物理和化學(xué)性質(zhì)。目前人們開(kāi)發(fā)了一步法，包括熱分解法和溶劑熱/水熱法，用于合成納米顆粒團(tuán)簇。通過(guò)將顆粒合成和裝配合成為一步，從而簡(jiǎn)化了合成過(guò)程。然而，目前已有的一步法很難推廣，而且由于不同的金屬-有機(jī)前體反應(yīng)速率不受控制以及反應(yīng)活性不匹配，使得團(tuán)簇的組成、尺寸和結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有挑戰(zhàn)性。
近日，廈門(mén)大學(xué)程威和解榮軍等提出了一個(gè)通用的策略，用于合成具有可調(diào)組成、尺寸和結(jié)構(gòu)的單分散金屬氧化物納米顆粒團(tuán)簇(MONPCs)。該合成依賴(lài)于配體和水溶性聚合物共介導(dǎo)的水熱條件下的金屬離子水解，即該項(xiàng)策略的關(guān)鍵在于檸檬酸鹽和氰化物離子等小配體與金屬離子的配位形成金屬-配體復(fù)合物，大大降低前體溶液中游離金屬離子的濃度，從而顯著減緩水解速率，這有利于通過(guò)范德華力將包覆有聚甲基丙烯酸酯的初級(jí)納米顆粒逐漸自組裝成球形膠體團(tuán)簇。通過(guò)這種策略，可以合成各種MONPC，包括含有13種金屬元素的高熵尖晶石相MONPC，這在其他方法中所沒(méi)有的。此外，還可以將MONPC的尺寸控制在幾十到幾百納米之間，并將不同類(lèi)型的金屬氧化物納米顆粒沉積在預(yù)成型的MONPC上形成核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這為定制MONPC以探索其獨(dú)特性質(zhì)和按需應(yīng)用提供了很大的可能性。例如，對(duì)于尖晶石相多組分Fe基氧化物NPC，高熵(MgVMnCoNiZn) Fe3O4 NPC在10 mA cm?2下表現(xiàn)出340 mV的OER過(guò)電位，低于Fe3O4(430 mV) NPC；更重要的是，(MgVMnCoNiZn) Fe3O4 NPC在連續(xù)電解超過(guò)120小時(shí)后，電催化活性幾乎沒(méi)有發(fā)生衰減。綜上，該項(xiàng)工作所提出的策略對(duì)于促進(jìn)金屬氧化物NPC在光電子、催化和可再生能源等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。General synthesis of monodisperse metal oxide nanoparticle clusters. Matter, 2024. DOI: 10.1016/j.matt.2024.05.009
