Nature：熔融无机盐中的稳定胶体系统

【引言】

颗粒或某一溶质相在溶剂中能立刻均相分散可构成胶体溶液，胶体在生物、化学及其加工过程中都十分普遍，其高度均相化涉及不同的成分。而要使溶质颗粒能违背聚合和凝集以稳定的存在，则需要增加溶质表面的排斥力以克服之间的范德华力，例如可采用静电稳定、表面修饰连接溶质构成立体空间等方法。

【成果简介】

芝加哥大学Dmitri V. Talapin（通讯作者）等人今日最新报道了一种胶体系统，其溶质颗粒（金属、半导体或磁性材料）均可在多种的熔融无机盐中稳定存在。而这种稳定却不同于传统的静电及立体机制，观察溶质-溶剂结合表明胶体稳定性主要源于溶质-溶剂表面的化学键强度。经理论与分子动态建模分析，溶剂离子层的表面键在熔融盐溶质颗粒周围产生了长程电荷密度振动，从而阻止了它们之间的聚集。而这种无机颗粒在无机盐中的胶状复合的研究也为胶体固态科学与工程应用的发展打开新篇章。

【图文导读】

图一、熔融无机盐中的纳米晶胶体

(a) 5.5 nm Pt NCs从n-癸烷（上层液体）相转移至AlCl₃/NaCl/KCl熔融盐（下层液，图中以AlCl₃/AlCl₄⁻指代）。

(b-d) 不同NCs在熔融盐中构成的胶体溶液；b-AlCl₃/NaCl/KCl （~ 5 mg ml⁻¹NCs）；c-LiCl/LiI/KI （~ 5 mg ml⁻¹InP NCs，从两个不同角度观察）；d- NaSCN/KSCN （左图为~ 10 mg ml⁻¹FePt，右图为~ 10 mg ml⁻¹CdSe/CdZnS QDs）。

(e) CdSe/CdZnS QDs（左图，~ 10 mg ml⁻¹）和 NaYF4:Yb,Er/CaF2 UCNPs（右图，~ 10 mg ml⁻¹）的熔融NaSCN/KSCN胶体在紫外灯或980 nm近红外光下表现出发光特性。

图二、纳米晶在熔融无机盐中保持稳定

(a) Pt NC在十七烷胶体，AlCl₃/NaCl/KCl熔融盐（AlCl₃/AlCl₄⁻指代）甲苯乙醇混合液中构成胶体体系的SAXS图。

(b) 原始Pt NCs包覆上油酸（OA）与油胺（OLA）混合物后与从AlCl₃/NaCl/KCl熔融盐中回收的NCs的XRD图。

(c) Pt NCs与OA和OLA间形成配体的TEM图。

(d) 从AlCl₃/NaCl/KCl熔融盐中回收的Pt NCs TEM图。

(e) 从AlCl₃/NaCl/KCl熔融盐中回收的NCs在经OA与OLA配位的TEM图，内嵌图为加入有机配体后分散在甲苯中的Pt NCs胶体系统。

图三、胶粒可在熔融盐中稳定的原因

(a) 胶体稳定性与在熔融盐（蓝色与绿色球示）中NC表面（红色）化学亲和力间的关系（图中）。相应的稳定（图右）与不稳定（图左）胶体分散示图。

(b) 闪锌矿结构CdSe晶体（左）与熔融KCl（右）在Cd[001]表面间的MD动态模拟。

(c) K⁺和Cl⁻离子密度分布图，表示了近于表面化学惰性层（上部）与闪锌矿结构CdSe晶体的Cd[001]表面的熔融盐结构。

(d-e) 熔融KCl（蓝色点）与两个[001]CsSe 表面相互平行的离子结构其自由能模拟(d)与倾斜20 角的模拟结果(e)。

(f) NC表面相互间作用的自由能模拟，以及与离子层结构作用、范德华力和静电双层相互作用的不同。

【小结与展望】

这次针对溶质在熔融无机盐中构成稳定胶体系统的研究将早先胶体研究领域中非传统无机盐溶剂延伸到熔融无机盐中。而这种体系下溶质-溶剂间的作用也为稳定胶体系统提出新的概论，同时尺寸、形貌调制的颗粒除了表现出的可构成稳定胶体系统外，还可作为热传导和热存储载体以用于提高熔融盐的热导率。

文献链接：Stable colloids in molten inorganic salts（Nature，2017，DOI：10.1038/nature21041）

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