近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李昕欣課題組首次采用原位電鏡（TEM）觀測(cè)技術(shù)并結(jié)合熱力學(xué)參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，從原子級(jí)層面揭示了氧化鋅納米線納米尺度的構(gòu)效關(guān)系機(jī)理。

該研究采用原位TEM技術(shù)實(shí)時(shí)觀察了兩種不用尺度ZnO納米線在SO2氣氛下的形貌演變，表明小尺度ZnO納米線在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)形成核鞘結(jié)構(gòu)，而較大尺度的ZnO納米線則沒(méi)有明顯變化。進(jìn)一步使用該課題組獨(dú)創(chuàng)的諧振懸臂梁變溫微稱重法提取了兩種ZnO納米線與SO2作用的焓變值，用定量結(jié)果揭示了兩種納米線間存在顯著活性差異的熱力學(xué)原因，提出了ZnO納米線與SO2反應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系。研究人員用球差校正電鏡深入分析了兩種樣品的原子級(jí)差距，觀測(cè)到小尺度樣品的晶格膨脹，進(jìn)一步證實(shí)了其活性提高的合理性。在原位TEM表征所揭示的構(gòu)效關(guān)系指導(dǎo)下，進(jìn)一步探索了用不同尺度ZnO納米線對(duì)SO2分別進(jìn)行捕捉禁錮和傳感檢測(cè)的應(yīng)用。該研究為納米材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)和評(píng)估提供了新方法。

相關(guān)成果以Quantitative Structure–Activity Relationship of Nanowire Adsorption to SO2 Revealed by In Situ TEM Technique為題發(fā)表在Nano Letters上。上海微系統(tǒng)所博士研究生王雪晴為論文第一作者，上海微系統(tǒng)所副研究員許鵬程和李昕欣為論文通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米重大專項(xiàng)”、國(guó)家自然基金國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目和中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等支持。

論文鏈接

上海微系統(tǒng)所揭示氧化鋅納米線的納米尺度效應(yīng)