1. 研究背景和内容

　　金屬氧化物界面具有與塊體材料不同的特性，在異相催化、電池和電子領域具有廣泛的應用。Wagner、Kirkendall等人基于理想原子模型，構建了一系列固相擴散理論。然而，由于金屬氧化物界面固有的結構複雜性，和傳統二維成像技術的局限性，目前對金屬/氧化物界面真實結構的理解仍然有限。因此，确定金屬/氧化物界面三維原子排布對于理解金屬的自然氧化結構具有重要意義，并且可以對金屬/氧化物界面體系的設計提供理論基礎。

　　近日，beat365官方网站周繼寒課題組與合作者利用原子分辨的電子三維重構技術确定了Zr-ZrO₂納米顆粒中金屬/氧化物界面的三維原子結構，定量分析了原子數密度和氧化程度，并發現幾種不同界面的結構特征。此外，三維原子結構還展示了氧化産生的多樣化多孔結構。該研究提供了金屬/氧化物界面清晰的三維原子圖像。

　　2. 研究結果

　　通過确定Zr-ZrO₂納米粒子中所有Zr原子的位置，該工作獲得了以下對金屬/氧化物界面結構的認識：

　　（1）部分氧化Zr NP的三維原子結構，包含一個不常見的面心立方（FCC）Zr金屬作為核心，非晶/晶體ZrO₂作為殼（圖1）。

　　圖1 | Zr-ZrO₂ 納米粒子三維原子結構。

　　（2）從氧化物表面到金屬核，氧化程度逐漸降低，而Zr的堆積密度增加，過渡層厚度約為1 nm（圖2）。

　　圖2 | Zr-ZrO_­2納米顆粒的原子數密度（ρN）和氧化程度

　　（3）Zr/ZrO₂界面為半相幹或非相幹的界面。半相幹金屬氧化物界面處存在雙向扭曲，包括彎曲和扭曲。非相幹界面處原子的結構有序度低、配位數低、鍵長更長（圖3）。

　　圖3 | 三維原子分辨金屬/氧化物界面

　　（4）發現了多種不同的空隙，包括Zr缺陷、納米孔和大孔；氧化過程和孔洞的分布有關（圖4）。

　　圖4 | 氧化過程中形成的多孔結構

　　該研究将加深我們對金屬氧化物界面三維原子結構的理解，并推動金屬/氧化物界面基本問題的研究，例如氧化動力學、擴散和各種材料中的缺陷演變。

　　3.作者信息

　　相關研究工作以“Three-dimensional atomic insights into the metal-oxide interface in Zr-ZrO₂ nanoparticles.”為題發表在Nature Communications上（https://doi.org/10.1038/s41467-024-52026-w）。文章的共同第一作者是beat365官方网站張堯博士生、李澤洲博士、松山湖材料實驗室副研究員童星，通訊作者是周繼寒研究員和柯海波研究員。

　　該工作得到國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心、廣東省基礎與應用基礎研究基金聯合基金的資助，并得到了beat365電子顯微鏡實驗室、beat365分析測試中心、大灣區顯微科學與技術研究中心和beat365高性能計算平台等的支持。