基于点缺陷方程的金属氧化物析出机制研究及受主掺杂调控效应

《Nature Communications》：Exsolution of metal nanoparticles by control of point defects

　　摘要析出是指金属纳米粒子从金属氧化物中经氧化还原反应沉淀析出的过程，所得材料具有优异的电催化性能，在构建新型纳米异质结构方面极具潜力。然而，目前对该现象尚缺乏系统连贯的认识。本文利用三个点缺陷方程来描述析出过程，分别涉及基体氧化物的还原、过渡金属的还原与析出，以及基体晶胞的湮灭。基于这些方程的预测，通过在La?.?Ca?.?Ti?.??Cu?.??O??δ体系中引入受主掺杂，在析出摩尔量、析出速率和成核密度方面均实现了显著提升，该结果通过原子尺度成像以及原位X射线衍射和光谱技术得以证实。研究表明，尽管在还原性环境中存在氧损失，母体氧化物的氧化学计量比在析出后反而有所增加。此外，基体氧化物和析出金属中产生的应变均可构成一个额外的热力学势垒，成为除所需点缺陷供给能力之外阻碍析出过程的因素。