使用难以合成的金属氧化物和氢氧化物制成的非晶态纳米片

日本名古屋大学的研究人员解决了纳米片技术的一个重大挑战。他们的创新方法是利用表面活性剂从各种材料中生产无定形纳米片，包括难以合成的超薄无定形金属氧化物，如铝和铑。这一突破发表在《自然通讯》上，为这些纳米片在未来的应用(如燃料电池中的应用)中取得进展奠定了基础。

新一代纳米技术需要厚度仅为几纳米的组件。这些对于改善功能至关重要的超薄层被称为纳米片。

然而，它们的尺寸太小，给催化反应带来了困难。许多薄片都保持着规则的形状，缺陷很少。但催化反应通常依赖于这些缺陷。

此外，由于缺乏分层，它们的生产也具有挑战性，这使得依赖分层的传统剥离技术无效。这一限制使其生产仅限于典型材料，例如碳和二氧化硅，而不是使用铑等在技术上有用的金属氧化物和羟基氧化物。

为了弥补这一差距，名古屋大学材料与系统研究所(IMaSS)助理教授EisukeYamamoto和教授MinoruOsada领导的研究小组设计了一种适应性合成方法。

该过程从固态表面活性剂开始，它有助于将金属离子排列在其框架内，特别是在其层之间的区域，即层间空间。由于无定形纳米片没有层，因此表面活性剂层可作为替代。

Osada对这一工艺的美妙之处感到十分兴奋。“实际合成的表面活性剂晶体在光学显微镜下看起来非常漂亮，”他说。“可以将多种金属离子限制在这些表面活性剂晶体中，从而生成多种晶体。”

然后加入水，水与表面活性剂层中排列的金属离子相互作用。它会引发一种称为水解的反应，导致这些离子部分分解并形成小的孤立簇。

借助溶剂(具体来说是一种名为甲酰胺的化学物质)，这些簇可以排列成有序的结构。这种排列由表面活性剂的初始晶体形状通过一种称为模板化的过程决定，在该过程中，金属簇会形成复制表面活性剂晶体形状的薄片。

该方法利用镓离子制造出厚度约为1.5纳米的非晶态纳米片。在此成功的基础上，Yamamoto和Osada将该技术应用于合成其他具有挑战性的金属氧化物和羟基氧化物，例如铝和铑。

“这种规模的无定形纳米片应该具有出色的催化活性，这归因于其无序结构导致的众多缺陷，”Osada教授解释说。“这些缺陷是催化反应的极佳活性位点。与传统纳米片相比，这些无定形纳米片具有截然不同的功能。”

这种创新方法不仅合成了具有不同金属种类的多种纳米片，而且还允许在一张纳米片中组合多种金属类型，为新材料和新性能打开了大门。

Osada表示：“通过该技术合成的新型材料有望推动二维和非晶态材料领域的进步，并可能带来新颖的物理特性和应用。”

由于催化反应在燃料电池中的重要性，研究人员对他们的研究成果用于产生下一代环保能源的前景感到兴奋。

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