不同的金屬在相互擴散過程中，會在擴散速率高的金屬內形成空位缺陷，這些空位缺陷會逐漸團聚形成孔洞。自2004年開始，科研人員利用柯肯達爾效應合成空心結構納米顆粒，被廣泛應用于中空半導體（氧化物、硒化物、硫化物等）納米顆粒的制備。但幾乎所有相關的工作都是基于金屬氧化、硫化或者其他類似的加成過程，因此最終能通過柯肯達爾效應制備得到的空心納米材料往往都是氧化物或者硫化物等化合物材料。

    最近，西安交通大學前沿科學技術研究院金明尚教授和美國加州大學河濱分校殷亞東教授在柯肯達爾效應的研究中有了全新發現：該研究團隊設計并成功實現了柯肯達爾效應的逆過程，通過將該效應的正逆過程相結合，如圖1a所示，通過X元素的加入和隨后的去除，可以使實心金屬納米顆粒轉變為中空金屬納米顆粒，而且在轉變過程中幾乎沒有質量損失！

    （a）通過柯肯達爾效應正逆過程結合制備空心金屬納米顆粒示意圖  （b-d）鈀納米顆粒中的應用實例

    以金屬鈀納米材料為例，該研究團隊首先在氮氣保護下將磷擴散進入鈀納米顆粒形成磷化鈀（PdP2），因磷向內擴散快于鈀原子的向外擴散，磷化鈀是實心粒子。在油胺溶液中通過一定的氧氣氛圍高溫加熱（250°C），磷化鈀表面的磷被氧化，而磷化鈀顆粒內部的磷通過擴散到達表面，因其向外擴散速度高于鈀原子的向內擴散，進而在納米顆粒內部形成空位，這些空位逐漸積累合并形成大空穴，最后得到中空結構的金屬鈀納米顆粒，如圖1, b-d所示。由于在合成過程中，磷的氧化速度可以通過氧氣氛圍精確調控，因此這種方法可以進一步調控中空金屬鈀納米顆粒的空穴大小。

    通過多次循環調控空心鈀納米顆粒內部空穴尺寸和壁厚

    更奇妙的是在這個體系里，柯肯達爾效應的正逆過程可以進行多次循環，從而制備出表面積更大、表面缺陷更多和壁厚更薄的中空結構鈀納米顆粒。如圖2所示是經過不同循環次數的中空鈀納米顆粒的暗場相透射電鏡圖，從圖中可以明顯看出，經過第一次循環，其空穴尺寸為7.5納米左右，第二次循環后其空穴尺寸達到了16.0納米，而經過第三次循環其尺寸可以進一步增大到19.2納米。所得到的中空結構鈀納米顆粒具有比表面積大、表面缺陷密度高等特點，因此在催化反應中（如甲酸催化氧化反應）表現出極其優異的性能。

    以上研究結果以論文形式在線發表在國際知名期刊Nature Communications（影響因子11.329）上。前沿院為該論文的第一作者及通訊作者單位。

    全文鏈接：

    https://www.nature.com/articles/s41467-017-01258-0

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