具有(111)暴露面的CeO2纳米八面体的高压结构相变研究

　　高压条件下，纳米材料表现出众多奇特的高压结构相变行为，因此纳米材料的高压研究引起了广泛的兴趣。纳米材料的高压研究表明：纳米材料的相变压力和相变过程紧紧依赖于纳米材料本身的晶粒尺寸、形貌和晶体结构。而以往大部分研究集中在纳米颗粒的高压相变行为，具有特殊形貌的纳米材料在高压下的结构相变规律和相变机制研究尚少。吉林大学超硬材料国家重点实验室刘冰冰研究小组利用原位高压同步辐射XRD技术研究了具有特殊暴露面的CeO2纳米材料的高压结构相变行为，相关的研究成果发表在2011年3月3日的《The Journal of Physical Chemistry C》上。

　　图1 CeO₂纳米八面体的(a)原位高压Raman升压谱图，(b) 原位高压同步辐射XRD升压谱图,(c)升压过程中晶面的压缩率随压力变化图像，(d)55GPa高压卸压后样品的透射电子显微照片(TEM)。

　　该研究小组对具有(111)暴露面的CeO₂纳米八面体的结构相变行为进行了原位高压同步辐射XRD和Raman研究，其中原位高压同步辐射XRD实验在北京同步辐射装置4W2-高压实验站上完成。研究发现：压力高达33GPa时，具有(111)暴露面的CeO₂开始发生由立方萤石型结构到正交α-PbCl2型结构的转变，相变压力高于体材料(31GPa)和颗粒状纳米材料(23-27GPa)；同时，值得注意的是，压力高达55GPa时，仍然没有发生完全相变，与体材料和颗粒状纳米材料相比(～39GPa)，相变弛豫过程大大延长，这种奇特的高压结构相变行为归因于CeO₂纳米八面体特殊的几何形貌。对(111)暴露面的深入研究表明：(111)晶面的难压缩性最终导致CeO₂纳米八面体表现出特殊的高压结构相变行为，卸压后样品仍然保持八面体形貌。BSRF较亮的光束有利于获得CeO₂纳米材料较强的衍射信号，同时，较小的光斑避免了样品腔以外其它物质(如金属封垫)衍射峰的干扰，有利于实验数据的分析。

　　该研究工作将(111)作为CeO₂纳米八面体结构相变的探测器，揭示出特殊形貌对CeO₂纳米材料高压结构相变行为的重要影响，该研究结果为人们深入理解特殊形貌如何影响纳米材料的相变压力和相变过程提供了重要的参考。

　　该研究工作中的原位高压同步辐射XRD实验是在北京同步辐射装置4W2-高压实验站上完成的(KJCX2-SW-N20, KJCX2-SW-N03)。

　　发表文章：

　　Bo Liu, Mingguang Yao, Bingbing Liu,* Zepeng Li, Ran Liu, Quanjun Li, Dongmei Li, Bo Zou, Tian Cui, and Guangtian Zou, High-Pressure Studies on CeO2 Nano-Octahedrons with a (111)-Terminated Surface, J. Phys. Chem. C., 2011, 115, 4546–4551.