Search近日，浙江大学基础交叉研究院数学交叉研究领域成员、材料科学与工程学院王勇教授、韩仲康研究员、袁文涛研究员在Nature Communications发表题为“Atomic-level insights into the high intrinsic thermostability of individual anatase TiO₂ nanocrystals through surface-locking effects”的研究论文。本研究得到数学交叉研究领域、材料科学与工程学院张泽院士的指导。
纳米晶的热稳定性对其应用至关重要，但其根本上受复杂的热力学和动力学变量控制。当前大量研究致力于在原子尺度上阐明工况条件下的结构演化，但主要集中于孤立的表面原子结构及其自身性质，对于是否以及如何主动利用表面效应来增强热稳定性，仍存在大量空白。如何在高温下实时获取具有位点特异性、原子级的结构信息，至今仍是一个实验挑战。
本研究利用球面像差校正扫描透射电子显微镜，对单个单晶锐钛矿TiO₂ 纳米棒进行了系统的原位研究。通过同步采集用于表征表面形貌的环境二次电子图像和用于揭示体相原子结构的高角度环形暗场图像，揭示了由表面效应主导的单个锐钛矿纳米棒的非凡相稳定性，其行为明显区别于聚集态纳米棒。锐钛矿TiO₂纳米棒在600°C以上发生形态重塑和表面原子重构，包括从高指数晶面向(101)晶面的转变以及(1×4)重构(001)表面的形成。值得注意的是，单个锐钛矿TiO₂纳米棒即使加热至1250°C，仍能保持锐钛矿结构而不会转变为金红石相。这种结构重构降低了体系总能量，并起到了一种动力学“表面锁定”效应，阻止了金红石的成核。本研究不仅在原子尺度上阐明了单个TiO₂纳米晶的高温表面重构过程和本征热稳定性机制，还为深入探究纳米材料在表面和体相区域的动态演变规律建立了有效途径。
动态监测单个锐钛矿TiO₂纳米棒从20°C至1000°C的表面结构演化过程
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73332-5
