20世紀70年代出現的納米科技，讓人們能夠在原子和分子的水平上控制物質(zhì)，使材料發(fā)揮出新穎、獨特且極為優(yōu)異的效應，也使人類(lèi)進(jìn)入了納米時(shí)代。
納米材料，即具有納米數量級晶粒尺寸的材料，則能賦予產(chǎn)品奇特而優(yōu)異的性能，如優(yōu)越的強度、硬度、高溫塑性，以及優(yōu)異的耐磨抗蝕性能等。因此，納米材料技術(shù)在高新技術(shù)和國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)上的應用展示了十分廣闊的發(fā)展前景，也為粉體企業(yè)帶來(lái)了生機。
傳統認識中，納米材料隨尺寸減小、缺陷密度增高帶來(lái)高反應活性，但也會(huì )隨之犧牲長(cháng)期的穩定性。關(guān)于納米材料在氣氛下或反應中的穩定性，尤其是對催化反應具有重要意義的5nm以下活性納米結構，一直以來(lái)都缺乏在原子尺度上的微觀(guān)機理研究。
近日，中科院包信和、楊帆等人首次提出“動(dòng)態(tài)尺寸效應”決定納米粒子穩定機制。該研究團隊通過(guò)在Pt（111）表面構建不同尺寸、結構高度規整的FeO納米結構并研究其深度氧化的動(dòng)力學(xué)，發(fā)現直徑3nm以下的FeO納米粒子表現出更好的抗氧化能力。
利用高分辨掃描隧道顯微鏡（STM）結合DFT理論計算，該團隊首次發(fā)現了尺寸相關(guān)的納米結構動(dòng)態(tài)變化及其在納米粒子氧化過(guò)程中的決定性作用。
研究還發(fā)現，尺寸在3.2nm以下的FeO納米粒子在邊界的配位不飽和Fe2+解離O2的同時(shí)會(huì )發(fā)生整體的再構，使解離的氧原子穩定在邊界而難以鉆入FeO和Pt之間的界面，從而減緩了FeO的深度氧化過(guò)程。而對于尺寸在3.2nm以上的粒子，由于無(wú)法完成整體再構，形成表面位錯且難以穩定邊界氧原子，反而更容易被進(jìn)一步氧化。也就是說(shuō)，小納米粒子在反應中更容易動(dòng)態(tài)變化，達到相對穩定的結構構型，這種“動(dòng)態(tài)尺寸效應”使小納米粒子表現出了反常穩定性。
此外，該研究團隊還研究了負載在Pt（111）或Au（111）上的CoO納米結構，也發(fā)現了類(lèi)似的3nm以下粒子的抗氧化行為，說(shuō)明這種動(dòng)態(tài)尺寸效應對于負載型過(guò)渡金屬氧化物納米結構具有一定的普適性。該項研究不僅為納米催化劑在氣氛下的動(dòng)態(tài)重構機制帶來(lái)了原子級認識，也為發(fā)展抗腐蝕抗氧化納米防護涂層提供了一種新的界面調控思路。
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