多酸诱导的高熵氧化物亚纳米线

近年来，高熵氧化物（HEOs）作为一类由五种或五种以上氧化物以等摩尔或非等摩尔比组成的材料，由于其独特的结构和性质吸引了越来越多科研工作者的广泛关注。截至目前，高温合成方法仍然是制备高熵氧化物材料的主流方法。然而，通过高温合成方法制备得到的高熵氧化物材料的尺寸往往都较大，如何实现在亚纳米尺度范围内有效地控制材料的形状和尺寸，制备得到低维的，特别是一维的亚纳米高熵氧化物材料仍然是一个巨大的挑战。

多酸团簇（POMs）的引入为解决上述问题提供了很大的可能：

1）基于前期研究工作中提出的“团簇-晶核共组装”方法，多酸团簇作为一种具有明确结构的亚纳米富氧团簇，其可干预无机材料成核过程，将无机晶核尺寸限制在亚纳米尺度，并与亚纳米晶核共组装，实现在亚纳米尺度上对无机材料组分的有效调控。在该方法中，多酸团簇和无机晶核的尺寸对产物的形貌起着至关重要的作用，而元素的种类则可忽略不计，从而有助于多种不混溶金属氧化物在亚纳米线中的有效结合；

2）POMs的富氧表面有利于其与金属阳离子相互作用，在共价或非共价相互作用驱动下，POMs可作为多种金属氧化物的载体和连接剂，有利于各组装基元定向连接形成一维高熵氧化物亚纳米材料。

近期，清华大学化学系的王训教授课题组，在温和的溶剂热条件（140 ℃)下，首次开发了一种多酸团簇诱导制备一维高熵金属氧化物亚纳米线的通用合成方法。在该方法中，金属氧化物的种类可以实现灵活调控，多酸团簇也可被其他尺寸相近的POMs取代，进而制备得到大量的不同种类的多金属氧化物亚纳米线。分子动力学模拟的结果表明，POMs在库仑力和范德华力的驱动下与多金属氧化物相互作用、共组装形成高熵氧化物亚纳米线。同时，在该研究工作中，制备得到的一系列高熵金属氧化物亚纳米线首次被用作钠离子电池负极材料。研究发现，在熵调制效应作用下，随着亚纳米线中金属氧化物种类的增加，钠离子电池负极材料的电化学性能也随之提升。

图1. 多种多酸诱导的高熵氧化物亚纳米线的电镜照片。

 

图2. 多种高熵金属氧化物亚纳米线束中的元素分布图。

 

图3. 分子动力学模拟。

 

图4. 多酸诱导的高熵氧化物亚纳米线作为钠离子电池负极材料的电化学性能。   







审核编辑：刘清