尽管钙钛矿最近引起了广泛关注，但反钙钛矿与功能材料一样具有潜力。反钙钛矿具有与钙钛矿相似的晶体结构，但具有反向电结构，具有可以利用的特殊性质，包括负热膨胀、离子电导率甚至超导性。不幸的是，到目前为止，合成纳米级反钙钛矿已被证明很困难，这阻碍了这些有前途的材料在催化应用中的发展。

在最近发表在《材料化学 A 杂志》上的一项研究中，日本名古屋工业大学生命科学与应用化学系的岩本雄二教授领导的研究小组解决了当前氮化物基反钙钛矿合成面临的挑战。他们展示了一种便捷的合成技术，用于生产由非晶态氮化硅 (a-SiN) 陶瓷和嵌入纳米级 Ni 3 InN 反钙钛矿晶体组成的纳米复合材料。

他们的研究成果由印度理工学院马德拉斯分校(IIT Madras)冶金与材料工程系的青年国际教师(访问教师) Shotaro Tada、Ravi Kumar 教授以及法国利摩日大学研究主任 Samuel Bernard 共同撰写。

所提出的合成方法可归类为“聚合物衍生陶瓷”(PDC)路线。首先，对用作氮化硅前体的聚硅氮烷进行化学改性，使其包含 NiCl 2和 InCl 3分子。然后，通过在 300°C 的相对低温下在氨气(NH 3)气氛中进行热解，改性前体在单个步骤中转化为嵌入反钙钛矿的 a-SiN 基质。

Iwamoto 教授表示：“虽然我们的研究团队之前已经开发出一种使用过渡金属氯化物改性的聚硅氮烷来合成过渡金属/a-SiN 纳米复合材料的路线，但最近的这项研究提出了一种采用多种金属物种的新方法，从而在非晶基质中原位生长 Ni3InN金属间纳米粒子。”

Tada 博士进一步解释道：“在研究的初始阶段，我们遇到了通过化学计量混合获得单相 Ni 3 InN 化合物的困难。通过对不同类型的聚硅氮烷进行系统分析和光谱研究，我们发现聚硅氮烷中乙烯基的存在由于空间位阻而削弱了与 InCl 3的相互作用，导致 In 源在较低温度下增强向预形成的 Ni 纳米颗粒的迁移。我们通过添加过量的 InCl 3解决了这个问题，从而形成了单相 Ni 3 InN。”

这种自下而上的合成策略有几个优点。首先，所得纳米复合材料具有高度微孔性，并且在 Ni 3 InN 和 a-SiN 基质之间包含丰富的界面。因此，它能够修改原位形成的反钙钛矿纳米粒子表面的电子结构。此外，作为一种单步低温方法，它提供了一种获得复杂、高功能材料的直接途径。

作为概念证明，研究人员还展示了 a-SiN/Ni3InN 复合材料吸附和解吸 CO2 的能力，这可能是激活和转化小分子为清洁能源应用的增值化合物的关键。

“这种纳米复合材料具有多种金属成分，在异质催化剂设计方面具有良好的潜力。通过提供结构多样性和可修改性，它可以促进新催化功能的发现，”Bernard 博士评论道。

研究人员希望这些令人兴奋的发现能够为具有可持续应用的多功能材料铺平道路。

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