近日，课题组在Advanced Materials以《Kinetically Controlled Synthesis of Metallic Glass Nanoparticles with Expanded Phase Space》为题发表最新的研究成果。

金属玻璃是一类具有无定形原子结构的固体金属材料。根据玻璃形成能力的差别，金属玻璃表现出许多维度形式。例如，通过合金熔融的快速淬火制备的金属玻璃带状材料，通过物理气相沉积制备的金属玻璃薄膜，以及通过铸造得到的块体金属玻璃。金属玻璃纳米结构因其独特的原子结构和物理化学性质引起了广泛关注，在增材制造、纳米压印、环境和能源催化领域中具有重要的潜在应用。目前的金属玻璃纳米结构的自上而下制备包括热塑性成形、热拉伸技术、选择性腐蚀和激光烧蚀等。然而，自上而下的方法依赖于块体金属玻璃的可得性，这极大限制了金属玻璃材料和组成的选择范围。另一方面，自下而上的纳米金属玻璃的合成，如化学还原、电化学合成等可实现更好的尺寸、形态和组成可调性。然而，基于湿化学的过程通常导致由表面活性剂引起的污染。因此，亟待发展发展一种自下而上的方法来合成具有可调组成、小尺寸和良好形态的纳米尺寸金属玻璃。

在此背景下，莱斯大学James Tour、清华大学邓兵和科尔万大学赵玉峰合作开发了一种闪光碳热反应（Flash Carbothermic Reaction）方法实现了Pd基和Pt基金属玻璃纳米颗粒的通用制备。首先在碳基底上负载金属前体，通过采用毫秒级电流脉冲，通过焦耳加热迅速将温度升至约1800 K（升温速率>10⁵ K s^-1），形成合金熔体，随后通过热辐射超快冷却（降温速率>10⁴ K s^-1）玻璃化成金属玻璃纳米颗粒。该方法可实现合成Pd和Pt基金属玻璃纳米颗粒的通用合成，包括PdNiP、PdCuP、PdCuNiP、PtCuP、PtCuNiP以及高熵PtPdCuNiP。进一步的，通过组合实验研究构建了PdNiP纳米颗粒的相图，并发现纳米尺度下的金属玻璃的组分空间相比块体金属玻璃大大扩展，这意味着纳米尺寸效应增强了其玻璃形成能力。结构模拟进一步揭示了纳米尺度和块体金属玻璃之间短程序差异。这种“纳米尺寸增强玻璃形成能力”效应使得一些从未在块体中实现的金属玻璃组分得以在纳米尺度合成，例如PdCoP、PdSnP和高熵PdCuFeNiP。此外，作者还展示了金属玻璃纳米颗粒在异质催化中的应用。

文献信息：

Bing Deng^#,*, Zhe Wang^#, Chi Hun Choi, Gang Li, Zhe Yuan, Jinhang Chen, Duy Xuan Luong, Lucas Eddy, Bongki Shin, Alexander Lathem, Weiyin Chen, Yi Cheng, Shichen Xu, Yimo Han, Boris I. Yakobson, Yufeng Zhao,* James M. Tour*, Kinetically Controlled Synthesis of Metallic Glass Nanoparticles with Expanded Phase Space, Advanced Materials, 2024, doi: 10.1002/adma.202309956.

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309956