经过对置换式固溶体的研讨，可规划和优化金属材料及其他合金的功能，以满意多种使用需求，对材料科学和工程范畴具有极端重大意义。中国科学院进程工程研讨所（以下简称）研讨员杨军带领课题组用三正辛基膦 （tri-n-octylphosphine, TOP）对预先构成的铂 （Pt）纳米颗粒进行磷酸化，磷（P）原子能够替代处于晶体魄点方位的部分 Pt 原子，构成Pt-P置换式固溶体。这一发现不只有助于加深对材料科学的了解，还有望丰厚材料科学与工程根底教科书内容。近来，相关研讨成果在《微标准》上宣布。
P掺杂Pt构成的固溶体一般用来处理电化学反响中催化剂本钱高和活性低一级问题。可是，因为金属和非金属在原子尺度、晶体结构、电负性和成键方法等方面存在很明显差异，且互溶性较低，由金属和非金属元素一般构成空隙固溶体，即溶质原子（非金属原子）嵌入溶剂或母体原子（金属原子）堆垛构成的空隙方位，不太可能构成置换式固溶体。但关于Pt-P体系，它们构成置换式固溶体从晶体结构、原子巨细和电负性视点好像也不违反休姆-罗瑟里规矩。
研制团队首先在十八烯（octadecene）和油胺（oleylamine）混合溶剂中制备出虫子状Pt纳米颗粒，随后在高温下用TOP将其磷化。科研人员经过透射电子显微镜调查发现，磷化反响能够引起颗粒描摹的极大改变，磷化后的颗粒由虫子状变成直径约为4.8nm彻底球形的置换式固溶体，且该固溶体可由多种表征手法协同证明。理论核算标明，假如磷化后的固溶体仍能保持安稳的面心立方结构，则P的掺杂上限约为10%，这一点和试验调查非常契合，也契合原子尺度差异预示的有限固溶体。
有限的P掺杂现象也能够从材料科学根底理论上得到解说。因为原子尺度的差异，P原子替代部分Pt原子必定会在周围发生较大晶格畸变，引起体系内能添加；尽管P原子替代Pt原子也添加了体系有几率存在的状况数，引起熵变添加，但在较低的温度下，内能添加占主导，它可能会引起体系自由能添加。因而，P原子的替代应该有一个上限，在这个上限以下，畸变导致的内能添加被控制在必定极限，使晶体结构仍能保持安稳。
进程工程所副研讨员刘卉为论文榜首作者。该作业得到国家自然科学基金和进程工程所介科学与工程全国重点试验室赞助。
