【文章概述】
由于具有极高的硬度、高的热稳定性和广泛可调的电子结构，硬质合金是一类在电子、陶瓷和能量转换领域有着广泛应用的重要材料。纳米级过渡金属碳化物(TMCs)被广泛用作超硬、超强陶瓷的前驱体、类铂电子结构的高性能电化学催化剂以及金属-基板强相互作用的催化剂载体。碳化物的合成通常采用碳热反应，过量的碳源供给会导致碳化物表面焦化，而冗长的反应时间使得纳米颗粒尺寸较大，不利于其后续的应用。更重要的是，碳化物具有复杂的相态，热力学平衡的合成方法通常难以实现亚稳态相的控制，从而限制了其相依赖的物性研究和应用。
【成果简介】
莱斯大学的James Tour教授和科尔万大学的赵玉峰教授合作报道了一种基于闪光焦耳热的方法，实现了通用、超快的过渡金属碳化物制备，尤其是实现了多种碳化钼相，包括热力学稳定的β-Mo2C、亚稳态α-MoC1-x和η-MoC1-x的控制，展示了闪光焦耳热方法作为一种热力学非平衡的方法独特的材料相工程能力。此外，他们还研究了碳化物相依赖的电催化性能。
【图文导图】
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图1焦耳闪光加热超快合成碳化物。
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图2相控合成碳化钼。
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图3密度泛函理论(DFT)计算揭示了碳化钼的相变过程。
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图4碳化钼的相依赖析氢反应(HER)性能。
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图5碳化物的广义合成策略。
【奇材馆点评】
总之，作者提出的采用超短脉冲电流输入，实现了过渡金属碳化物的超快、通用、可控相的合成方法非常有价值。亚稳态材料的控制制备一直是无机材料合成中的一个重要挑战。闪光焦耳热方法具有广泛可调的温度输入（室温到3000 K）、超快的降温速度（>104 K/s），从而作为一种动力学控制非平衡的合成方法，它可以作为一种潜在的工具，用于工程各种材料的亚稳态相，如金属纳米材料、层状氧化物、金属氮化物和二维材料。
【论文信息】
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Phase controlled synthesis of transition metal carbide nanocrystals by ultrafast flash Joule heating |
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Nature Communications:（IF= 12.298） |
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Pub Date ：2022.1.11 |
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https://doi.org/10.1038/s41467-021-27878-1 |
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Bing Deng, Zhe Wang, Weiyin Chen, John Tianci Li, Duy Xuan Luong, Robert A. Carter, Guanhui Gao, Boris I. Yakobson, Yufeng Zhao & James M. Tour |
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1 Department of Chemistry, Rice University, Houston, TX 77005, USA. 2 Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University, Houston, TX77005, USA. 3 Smalley-Curl Institute, Rice University, Houston, TX 77005, USA. 4 Corban University, Salem, Oregon 97317, USA. 5 NanoCarbon Center and the Welch Institute for Advanced Materials, Rice University, Houston, TX 77005, USA. |
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