邢献然教授团队发现二氧化铈相变

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在11月29日，斯普林格—自然出版集团期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了北京科技大学邢献然教授团队的最新研究成果——二氧化铈相变，全文标题为“电荷转移引起二氧化铈异常相变”（Charge transfer drives anomalous phase transition in ceria）！

二氧化铈是类重要的稀土功能材料，由于其丰富的贮/释放氧能力、电荷迁移属性和高的热稳定性，在能源、催化、机械、电子、环境等领域应用广泛，长期以来二氧化铈一直被认为是稳定的立方相存在（空间群Fm-3m），随着温度的升高体积膨胀（正膨胀材料）。新近，邢献然教授团队朱贺博士及相关合作者，在将二氧化铈纳米化时发现，尺寸减至5nm时发现反常的负热膨胀现象，实验表明在负热膨胀出现的温区发生了相变（-25 oC - 75 oC），温度的升高使氧空位的束缚电荷转移到Ce4f 轨道，导致相变的发生（图1 所示）。

图1 二氧化铈的负热膨胀和相变

固体的局域结构研究——中子全散射技术PDF测试结果揭示出最近邻O-O原子对随温度升高出现收缩，发生四方到立方相的转变，低温二氧化铈相的结构为四方相，空间群P42/nmc。Raman光谱实验和声子谱计算证实这一可逆相变过程为四方（P42/nmc）——立方（Fm-3m）。

二氧化铈可逆相变的发现，以及固体局域结构的研究为二氧化铈材料在电子、催化、能源等领域的应用提供了理论基础。

本论文部分工作与北京理工大学、美国阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室、中科院物理所、化学所等单位合作完成，同时，项目得到了国家自然科学基金等支持。