中科院研究制备出金属-非金属置换式固溶体

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通过设计和优化金属材料及合金性能，置换式固溶体在材料科学领域扮演着关键角色，满足多样化应用需求。中国科学院过程工程研究所杨军课题组采用三正辛基膦（TOP）对铂（Pt）纳米颗粒进行磷化处理，成功制备出Pt-P置换式固溶体。磷（P）原子取代部分Pt原子晶格位置，形成该固溶体。

通常，P掺杂Pt固溶体用于解决电化学反应中催化剂成本高和活性低的问题。由于金属和非金属在原子特性上的差异以及较低的互溶性，形成置换式固溶体较为困难。然而，Pt-P体系似乎符合休姆-罗瑟里规则，能够形成置换式固溶体。

研究人员在特定溶剂中制备出虫状Pt纳米颗粒，再经高温TOP磷化处理。透射电子显微镜观察显示，磷化反应显著改变了颗粒形貌，由虫状转变为直径约4.8 nm的完全球形Pt-P置换式固溶体。多种表征手段验证了该固溶体的形成。理论计算表明，若维持面心立方结构，P掺杂上限约为10%，与实验结果一致。

有限的P掺杂现象可通过材料科学基础理论解释。P原子取代Pt原子导致晶格畸变，增加系统内能；虽然增加了系统状态数，熵变增加，但在低温下，内能增加占据主导地位，可能导致系统自由能增加。因此，P原子取代存在上限，在此上限内，畸变引起的内能增加被控制在一定范围内，维持晶体结构稳定性。

该研究成果已发表在《Small》期刊上，并得到国家自然科学基金的支持。

TOP磷化制备Pt-P置换式固溶合金

文章来源：中国科学院

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