1. 研究背景和内容

　　金属氧化物界面具有与块体材料不同的特性，在异相催化、电池和电子领域具有广泛的应用。Wagner、Kirkendall等人基于理想原子模型，构建了一系列固相扩散理论。然而，由于金属氧化物界面固有的结构复杂性，和传统二维成像技术的局限性，目前对金属/氧化物界面真实结构的理解仍然有限。因此，确定金属/氧化物界面三维原子排布对于理解金属的自然氧化结构具有重要意义，并且可以对金属/氧化物界面体系的设计提供理论基础。

　　近日，77779193永利集团周继寒课题组与合作者利用原子分辨的电子三维重构技术确定了Zr-ZrO₂纳米颗粒中金属/氧化物界面的三维原子结构，定量分析了原子数密度和氧化程度，并发现几种不同界面的结构特征。此外，三维原子结构还展示了氧化产生的多样化多孔结构。该研究提供了金属/氧化物界面清晰的三维原子图像。

　　2. 研究结果

　　通过确定Zr-ZrO₂纳米粒子中所有Zr原子的位置，该工作获得了以下对金属/氧化物界面结构的认识：

　　（1）部分氧化Zr NP的三维原子结构，包含一个不常见的面心立方（FCC）Zr金属作为核心，非晶/晶体ZrO₂作为壳（图1）。

　　图1 | Zr-ZrO₂ 纳米粒子三维原子结构。

　　（2）从氧化物表面到金属核，氧化程度逐渐降低，而Zr的堆积密度增加，过渡层厚度约为1 nm（图2）。

　　图2 | Zr-ZrO_­2纳米颗粒的原子数密度（ρN）和氧化程度

　　（3）Zr/ZrO₂界面为半相干或非相干的界面。半相干金属氧化物界面处存在双向扭曲，包括弯曲和扭曲。非相干界面处原子的结构有序度低、配位数低、键长更长（图3）。

　　图3 | 三维原子分辨金属/氧化物界面

　　（4）发现了多种不同的空隙，包括Zr缺陷、纳米孔和大孔；氧化过程和孔洞的分布有关（图4）。

　　图4 | 氧化过程中形成的多孔结构

　　该研究将加深我们对金属氧化物界面三维原子结构的理解，并推动金属/氧化物界面基本问题的研究，例如氧化动力学、扩散和各种材料中的缺陷演变。

　　3.作者信息

　　相关研究工作以“Three-dimensional atomic insights into the metal-oxide interface in Zr-ZrO₂ nanoparticles.”为题发表在Nature Communications上（https://doi.org/10.1038/s41467-024-52026-w）。文章的共同第一作者是77779193永利集团张尧博士生、李泽洲博士、松山湖材料实验室副研究员童星，通讯作者是周继寒研究员和柯海波研究员。

　　该工作得到国家自然科学基金、北京分子科学国家研究中心、广东省基础与应用基础研究基金联合基金的资助，并得到了永利集团电子显微镜实验室、永利集团分析测试中心、大湾区显微科学与技术研究中心和永利集团高性能计算平台等的支持。