近日，我院王维教授团队在《Nano Letters》期刊在线发表题为“From“Passive Response”to“Controllable Design”:The Evolution of Crystal Structure and Morphology of Hollow FePt Nano chains by Annealing Treatment”的研究论文。该论文通讯单位为北京化工大学数理学院，我院青年教师刘家龙为本文第一作者，王维教授、刘家龙副教授、日本庆应义塾大学孟凡为本文共同通讯作者，本研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目资助。

二元合金纳米颗粒因其可调的晶体结构和电子特性，在催化、能源转换等领域广泛应用。在实际反应条件下，外部驱动力（如热运动、化学蚀刻、电化学反应等）会促使材料发生表面重构、过渡金属溶解和相变，显著影响催化性能。因此，阐明其在反应条件下的结构演化和相变机制是核心问题。该领域目前面临诸多挑战：(1)外部驱动力诱导短程迁移（如局部晶格重排、表面/界面扩散）与长程原子移动（如颗粒间烧结、蒸发并从基底迁移）的竞争机制尚不明确；(2)决定原子迁移尺度的标准仍不清楚；(3)缺乏合适的模型体系来在实验上区分这两种迁移行为。空心结构凭借内部空腔、高曲率和丰富的不饱和配位原子，在催化等领域优势显著，且在外部刺激下极易发生形貌和晶体结构演化，是适合原位表征的理想模型材料。

本研究选择空心FePt纳米球链作为模型体系，其各向异性且长度约10 μm，通过原位扫描电子显微镜（SEM）观察发现真空升温退火（900 ºC）会逐渐发生尺寸压缩、孔洞形成、空心结构塌陷以及L1₂相转变过程，而空气气氛退火则导致Pt偏析和Pt/Fe₂O₃异质结构生成。分子动力学模拟阐明有效金属—氧相互作用如何改变结构重建路径和元素重新分布，特别是短程与长程运输之间的竞争机制。这项工作揭示了反应气氛和退火温度调控合金纳米材料原子结构演化的机制，为二元合金材料从“被动响应”转向“可控设计”提供了原子尺度机制支持和开发策略。

图1(a1-a3)制备态Fe₃Pt₇、(b1-b3)真空中退火VA-Pt₃Fe和(c1-c3)空气中退火AA-Fe₃Pt₇的TEM和SAED图像。(d)真空和(e)空气退火样品的元素面分布图。

图2空心Fe₃Pt₇纳米链在不同温度下空气退火的SEM图像和对应伪彩色图像：(a1-a4)室温，(b1-b4) 600 ℃，(c1-c4) 800 ℃，(d1-d4) 900 ℃和(e1-e4) 1000 ℃。

图3原位SEM观察空心Fe₃Pt₇纳米链在不同温度下真空退火中的结构演化：(a) 100 ℃，(b) 200 ℃，(c) 400 ℃，(d) 600 ℃，(e) 800 ℃和(f) 900 ℃。

图4分子动力学模拟FePt空心球在(a)真空和(b)氧气退火的原子迁移过程。(c)在真空和氧氛围下，2100 K和300 K退火后Fe-Pt的RDF曲线。(d)在氧氛围下，2100 K退火后Fe-O和Pt-O的RDF曲线。

图5 (a)真空和(b)氧氛围下，FePt空心球结构从2100 K退火至300 K过程中的元素分布热图。在真空和氧氛围退火过程中(c)Fe和Pt的表面原子比和(d)Fe和Pt的原子总数。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03666

作者介绍：

刘家龙，北京化工大学数理学院副教授，硕士生导师，北京航空航天大学博士。担任《Rare Metals》、《SmartSys》期刊青年编委，主要从事磁性纳米材料的制备、微结构表征与加工及光电催化应用。目前以第一或通讯作者在Appl. Catal. B、Adv. Sci.、Nano Lett.、Energy Environ. Mater.、Nano Res.、Chem. Eng. J.、Nanoscale、Chem. Commun.等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文30余篇，主持承担国家自然科学基金面上和青年项目等多项国家和省部级科研项目，作为骨干成员参与中科院先导专项、科技部重大专项和国家自然科学基金面上项目。

王维，北京化工大学教授，博士生导师，上海交通大学博士，现为北京化工大学数理学院院长，担任《Advanced Functional Materials》,《Annalen der Physik》,《Advanced Magnetic and Quantum Materials》专刊编辑，《复合材料学报》期刊编委，《材料工程》、《航空材料学报》期刊青年编委。主要从事低维磁性纳米材料结构调控、物性机理及相关器件研究，重点关注其在电磁吸波/屏蔽、光电催化、污水处理等领域的应用。主持国家自然科学基金青年项目、面上项目、国际合作与交流项目，北京市自然科学基金面上项目等，在JACS，Adv. Funct. Mater.，Adv. Sci.，Appl. Catal. B, Phys. Rev. B等学术期刊发表研究论文100余篇，连续多年入选“全球前2%顶尖科学家榜单”。