中科院物理研究所白雪冬团队利用自主研制的原位透射电镜装置，结合球差矫正电镜技术，直接成像揭示了氧化铈纳米线在加热条件下缺陷结构的形成与演化的原子过程。
氧化铈基纳米材料在催化、燃料电池、气体传感器工业领域具有广泛的应用。特别是作为三效催化剂的主要组成成分，对汽车尾气处理具有重要意义。氧化铈纳米材料的实际工作环境很多都是处于高温状态，其在高温下的活性与微观尺度下的形貌、结构和化学状态密切相关。氧化铈在高温下发生烧结或者由立方萤石结构转变到六方结构的现象，一般都会降低氧化铈纳米材料的化学活性。另外，氧化铈的缺陷结构对提高化学活性也具有重要的作用。最近，中科院物理研究所白雪冬研究员团队利用自主研制的原位透射电镜装置，结合球差矫正透射电镜技术，在原子尺度研究了氧化铈纳米线在加热过程中的缺陷结构及其演化动力学过程。结果表明，氧化铈纳米线随着加热温度升高，纳米线被还原，缺陷开始出现，并逐渐长大融合。当升高温度时，缺陷形貌呈现规则的菱形或者六边形图案，由表面能较低的{111}晶面和{200}晶面构成，重要的是，缺陷区域和非缺陷区域始终保持着立方萤石结构。在靠近缺陷边界的非缺陷区域，有2到3个原子层厚度的区域具有较高的还原性和化学反应活性，甚至在1023K加热条件下依然保持着活性高的立方萤石结构。这项工作为氧化铈材料在高温环境中结构和缺陷行为提供了原子尺度的结构特征，为设计新型催化剂材料提供了基础。
图1 原位电镜技术揭示氧化铈纳米线缺陷结构热演化的原子过程
该研究结果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为中科院物理研究所李晓敏博士，通讯作者为中科院物理研究所白雪冬研究员和北京大学刘开辉研究员。 Citation：Li X, Wang W, Liu K, Bai X. Atomic-scale imaging of the defect dynamics inceria nanowires under heating by in situ aberration-corrected TEM. Sci. China Chem., 2019, DOI:10.1007/s11426-019-9624-x.
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通讯作者简介
刘开辉，青年千人，优青，国家重大研发计划课题组长。现任北京大学研究员、博士生导师。主要从事低维纳米材料的结构和物理，包括一维碳纳米管、纳米线、二维石墨烯和二硫化钼等非平衡超快动力学过程研究。
白雪冬，中科院物理所研究员，曾获国家杰出青年基金（2007年）、国家自然科学二等奖（2011年）、中国物理学会胡刚复奖（2015年）、国家万人计划领军人才称号（2016年）等，主持完成国家重大科学研究计划项目（2012-2016）年。从事原位透射电子显微学表征方法与材料科学研究，将扫描探针技术与透射电镜技术相结合，发展材料表征新方法、技术和仪器，在纳米操纵和高分辨结构-性质测量表征研究方面取得了系列创新成果。发表SCI论文180多篇，论文被SCI他引总数超过1万次，H-指数为55。