不同的金屬在相互擴(kuò)散過程中，會在擴(kuò)散速率高的金屬內(nèi)形成空位缺陷，這些空位缺陷會逐漸團(tuán)聚形成孔洞。自2004年開始，科研人員利用柯肯達(dá)爾效應(yīng)合成空心結(jié)構(gòu)納米顆粒，被廣泛應(yīng)用于中空半導(dǎo)體（氧化物、硒化物、硫化物等）納米顆粒的制備。但幾乎所有相關(guān)的工作都是基于金屬氧化、硫化或者其他類似的加成過程，因此最終能通過柯肯達(dá)爾效應(yīng)制備得到的空心納米材料往往都是氧化物或者硫化物等化合物材料。

    最近，西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院金明尚教授和美國加州大學(xué)河濱分校殷亞東教授在柯肯達(dá)爾效應(yīng)的研究中有了全新發(fā)現(xiàn)：該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并成功實(shí)現(xiàn)了柯肯達(dá)爾效應(yīng)的逆過程，通過將該效應(yīng)的正逆過程相結(jié)合，如圖1a所示，通過X元素的加入和隨后的去除，可以使實(shí)心金屬納米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橹锌战饘偌{米顆粒，而且在轉(zhuǎn)變過程中幾乎沒有質(zhì)量損失！

    （a）通過柯肯達(dá)爾效應(yīng)正逆過程結(jié)合制備空心金屬納米顆粒示意圖  （b-d）鈀納米顆粒中的應(yīng)用實(shí)例

    以金屬鈀納米材料為例，該研究團(tuán)隊(duì)首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將磷擴(kuò)散進(jìn)入鈀納米顆粒形成磷化鈀（PdP2），因磷向內(nèi)擴(kuò)散快于鈀原子的向外擴(kuò)散，磷化鈀是實(shí)心粒子。在油胺溶液中通過一定的氧氣氛圍高溫加熱（250°C），磷化鈀表面的磷被氧化，而磷化鈀顆粒內(nèi)部的磷通過擴(kuò)散到達(dá)表面，因其向外擴(kuò)散速度高于鈀原子的向內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)而在納米顆粒內(nèi)部形成空位，這些空位逐漸積累合并形成大空穴，最后得到中空結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米顆粒，如圖1, b-d所示。由于在合成過程中，磷的氧化速度可以通過氧氣氛圍精確調(diào)控，因此這種方法可以進(jìn)一步調(diào)控中空金屬鈀納米顆粒的空穴大小。

    通過多次循環(huán)調(diào)控空心鈀納米顆粒內(nèi)部空穴尺寸和壁厚

    更奇妙的是在這個體系里，柯肯達(dá)爾效應(yīng)的正逆過程可以進(jìn)行多次循環(huán)，從而制備出表面積更大、表面缺陷更多和壁厚更薄的中空結(jié)構(gòu)鈀納米顆粒。如圖2所示是經(jīng)過不同循環(huán)次數(shù)的中空鈀納米顆粒的暗場相透射電鏡圖，從圖中可以明顯看出，經(jīng)過第一次循環(huán)，其空穴尺寸為7.5納米左右，第二次循環(huán)后其空穴尺寸達(dá)到了16.0納米，而經(jīng)過第三次循環(huán)其尺寸可以進(jìn)一步增大到19.2納米。所得到的中空結(jié)構(gòu)鈀納米顆粒具有比表面積大、表面缺陷密度高等特點(diǎn)，因此在催化反應(yīng)中（如甲酸催化氧化反應(yīng)）表現(xiàn)出極其優(yōu)異的性能。

    以上研究結(jié)果以論文形式在線發(fā)表在國際知名期刊Nature Communications（影響因子11.329）上。前沿院為該論文的第一作者及通訊作者單位。

    全文鏈接：

    https://www.nature.com/articles/s41467-017-01258-0

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