综述：非晶纳米材料的进展：合成、表征与应用

这篇综述系统阐述了非晶纳米材料（Amorphous Nanomaterials）的热力学/动力学形成机制、合成策略（如熔体超快冷却、脉冲激光烧蚀）、透射电镜（TEM）表征技术（包括原位观察非晶-晶相转变），及其在电催化（Electrocatalysis）、磁学、力学等领域的性能优势。作者团队（上海交通大学）特别强调了非晶材料短程有序（SRO）和长程无序的特性如何通过TEM揭示，为设计高性能功能材料提供新思路。

　　

热力学与动力学视角下的非晶纳米材料

非晶态作为热力学亚稳态相，其原子呈现短程有序而长程无序的混沌堆积。根据Turnbull理论，所有液体在足够过冷条件下均可形成玻璃，但玻璃形成能力（GFA）因物质而异。通过超快冷却（10⁶ K s^?1）抑制晶体成核，可获得非晶合金，如首例非晶Au?Si合金。纳米尺度下表面能主导效应使得块体中不稳定的非晶相在纳米材料中得以稳定存在。

非晶纳米材料的合成策略

当前合成方法涵盖液相化学合成、脉冲激光烧蚀（Pulsed Laser Ablation）、焦耳热法（Joule Heating）等。例如，液相还原法通过动力学控制金属离子还原速率，形成非晶纳米颗粒；而激光烧蚀利用瞬时高温-骤冷过程实现原子无序固化。值得注意的是，某些催化剂在反应中会重构为非晶相，这一现象可通过原位环境透射电镜（in situ ETEM）实时观测。

基于电镜的表征技术突破

透射电镜（TEM）凭借亚埃级分辨率成为解析非晶材料局部结构的关键工具。高角环形暗场像（HAADF-STEM）可直观显示原子堆垛无序性，而四维扫描透射电镜（4D-STEM）能定量分析中程有序（MRO）。原位TEM技术首次实验证实了非晶态作为结晶中间态的存在，为理解非晶-晶相转变机制提供了直接证据。

电催化应用中的性能优势

非晶纳米材料在电催化析氢（HER）、氧还原（ORR）等反应中表现出超越晶态材料的活性。其高度不饱和的配位原子和各向同性结构暴露更多活性位点，例如非晶Fe₈₀B₂₀合金的析氢过电位比晶态低120 mV。在CO₂电还原中，非晶Cu纳米颗粒因其灵活的结构重构能力，实现C₂产物选择性达70%。

挑战与展望

尽管非晶纳米材料在催化、磁学等领域展现出潜力，其热力学不稳定性仍是规模化应用的瓶颈。未来研究需开发普适性合成方法（如高通量组合筛选），并借助人工智能解析结构-性能关系。透射电子显微镜与X射线吸收谱（XAS）的联用技术，有望进一步揭示非晶材料在服役条件下的动态演化规律。