新疆理化所在Chemical Reviews发表晶体成核及生长特邀综述

近日，受美国化学会化学类国际顶级期刊《化学评论》（Chemical Reviews）邀请，新疆理化所晶体材料研究中心与欧洲伊比利亚国际纳米技术实验室联合发表了结晶学领域题为“原位动力学观察晶体的成核及生长”（In Situ Kinetic Observations on Crystal Nucleation and Growth）的特邀综述。新疆理化技术研究所为第一完成单位，晶体材料研究中心李俊杰研究员为论文第一作者兼通讯作者，欧洲伊比利亚国际纳米技术实验室Leonard博士为共同通讯作者。该论文结合两个研究团队在晶体成核及生长领域多年的研究成果积累，对该领域原位观察技术的发展进行了总结与分析，对近年来利用/联用相关原位观察技术在金属、金属化合物及非金属材料体系开展结晶学的原位研究所取得的关键性结果进行了总结和梳理，并对该领域目前存在的挑战及机遇进行了总结及展望。

晶体的成核和生长是结晶的两个关键步骤。它们在决定晶体的晶相、尺寸、形貌、纯度等方面起着关键的作用。因此，系统的阐明晶体的成核及生长机制对晶体的可控制备（尤其是纳米晶）具有重要的指导意义。基于经典的理论及模型，最初的晶核是通过单体（原子/离子/分子等）的自发聚集所形成。晶核形成后，晶体的生长依赖于单体的扩散速率和/或表面/界面的反应速率。然而，这一经典的模型并不能很好的解释一些结晶过程中存在的中间相结构，比如非晶相、表面及界面有序的液相或固态亚稳相等。近来的研究表明，经典的成核及生长机制并不是唯一的结晶路径，在不同的材料体系中存在非经典的结晶机制。基于此，李俊杰研究员与Leonard研究员利用球差矫正的透射电子显微镜在原子尺度对金属的结晶机制、温度及衬底对结晶动力学的影响进行了系统的研究，为金属的异相成核及生长提供了原子尺度的关键信息。

该特邀综述以晶体成核及生长的原位动力学研究为主题，对近年来常用的相关原位观察技术的发展，如透射电子显微镜（TEM/STEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜（OM）、X-射线衍射技术（XRD，SAXS）、X-射线散射技术（TXS, PDF）及光谱技术（EXAFS）等，进行了梳理。并就相关技术在原位观察晶体成核及生长领域的优缺点进行了对比和总结。基于此，该综述针对利用这些技术或者联用相关技术在金属（金、银、铂、钯、铋、铜、铁、镍、金属合金、核-壳结构）、金属化合物（碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、金属氧化物、卤化物、硫化物，碳化物、III-V族半导体）及非金属（冰、胶体及蛋白质）等材料体系所开展的原位结晶动力学研究进行了梳理和分析，对发现的非经典成核及生长机制进行了总结，对温度及衬底影响的结晶动力学过程进行了讨论。此外，对当前结晶动力学研究领域所面临的挑战、机遇及关键性课题，如多重实验因素（温度、浓度、压力、矿化剂等）叠加对结晶动力学的影响、液相体系中开展原子尺度的动力学观察、非经典结晶机制的普适性、及理论解释非经典机制成因等问题，进行了归纳、讨论、总结和展望。本文对不同材料体系中，结晶过程可能存在的非经典机制及混合机制的系统阐述将为相关材料的可控制备提供指导，也将为利用新颖的中间态结构开发新材料带来机遇。

Chemical Reviews是化学领域最具权威的综述期刊，2021年的影响因子为72.087，该期刊刊载化学科学当前最重要的研究进展和评论，每年仅发表200余篇论文。该综述论文的发表显示出结晶学作为基础学科的重要性，也是国际权威期刊对两个研究课题组在该领域取得的学术成果的充分肯定。

该论文的发表得到了新疆自治区上海合作组织科技伙伴计划及国际科技合作项目、新疆自治区高层次人才计划及国家基金委自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.1c01067

（本新闻来自新疆理化技术研究所网站）