7月21日，国际顶级学术期刊《自然》发表了芝加哥大学与阿贡国家实验室的一项研究成果。科研团队首次成功将多种金属氮化物材料制备为胶体纳米晶体，包括氮化镓（GaN）、氮化钛（TiN）、氮化铌（NbN）等。这项突破解决了金属氮化物长期以来难以纳米化制备的难题。

金属氮化物的纳米化制备：一直是个难题

纳米晶体是尺寸在纳米尺度的微型晶体结构。当材料缩小到这一尺度，其光学响应、化学活性以及量子效应往往会发生显著变化，表现出与传统块体材料不同的特性。

但问题是，能够实现纳米晶体化制备的材料种类一直有限。很多材料虽然性能优异，但受限于合成工艺，始终无法进入纳米尺度应用领域。金属氮化物便是其中之一。

金属氮化物是一类由金属元素和氮元素组成的化合物，具有高硬度、高热稳定性、耐腐蚀以及良好的电学性能。其中，氮化镓是第三代半导体核心材料，已在LED照明、显示设备和功率电子器件中广泛应用；氮化钛凭借耐磨性和生物相容性，用于医疗植入物和硬质涂层；氮化铌则是重要的超导材料，在超导电子和量子器件领域有应用潜力。

不过，性能优异与易于加工之间往往存在矛盾。金属氮化物内部金属-氮之间形成的化学键非常稳定，晶体生长过程中原子难以重新排列，导致研究人员很难像制备传统量子点那样对其纳米尺度的形成进行精准控制。

新思路：高压氨气+熔融盐

芝加哥大学Dmitri V. Talapin教授团队提出了一种新策略。他们没有采用传统有机溶剂体系，而是利用熔融无机盐作为反应介质，为纳米晶体生长提供高温稳定的液相环境。通过大量实验，团队找到了温度与氨气压力之间的最佳组合，使化学键能够更频繁地断裂和重组，从而实现晶体结构的可控生长。

研究显示，氨气压力对产物形态具有决定性影响。以三氯化钒与氨气反应制备氮化物为例，在500°C条件下，氨气压力仅为0.1兆帕时，得到的是严重团聚的颗粒粉末；压力提高至2.0兆帕时，则能获得分散性良好、尺寸均一的单分散纳米晶体。

图1. 氨气压力对熔融无机盐中合成的金属氮化物形貌的影响。

通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟，研究人员进一步揭示了其作用机制：氨分子和亚氨根离子吸附在纳米晶体表面，形成富氮层，同时诱导熔盐中的离子有序排列，有效阻止纳米颗粒之间的团聚。

图2. 熔融无机盐中合成的胶体金属氮化物纳米晶。

图3. 氮化物纳米晶在熔融盐中的胶体稳定化。

成果：近十种氮化物纳米晶实现制备

基于这一方法，研究团队成功制备了TiN、VN、GaN、NbN、Mo₂N、Ta₃N₅、TaN、W₂N以及三元氮化物Ti₁₋ₓVₓN等近十种金属氮化物胶体纳米晶体。

该研究在四个层面具有较为重要的意义。其一，首次建立了通用合成路线，突破了有机溶剂的温度上限，填补了氮化物液相可加工制备的空白。其二，阐明了氨气压力调控成核动力学、表面吸附和胶体稳定性的完整机制，揭示了NH₂⁻表面修饰与熔融盐离子层协同防团聚的界面规律。其三，GaN量子点实现了紫外带边发光，TiN和VN具备生物窗口等离激元效应，NbN表现出超导特性，同时这也是目前最均匀、比表面积最大的金属氮化物纳米颗粒合成方法。其四，熔融盐加高压气氛的胶体合成思路，有望延伸至碳化物、硼化物、金刚石等其他强共价键纳米晶体系。

图4. 胶体氮化物纳米晶的发射与等离激元特性。

应用前景：从薄膜到可印刷柔性器件

胶体纳米晶体可以分散于溶液中，因此未来可与聚合物材料结合，通过喷墨打印等低成本制造方式加工，用于柔性电子器件的规模化生产。

具体而言，GaN纳米晶体有望拓展柔性照明和新型显示应用；TiN纳米晶体可能推动柔性医疗器件发展；NbN等材料则可能进一步探索微型化超导器件方向。

总体而言，这项发表于《自然》的研究首次实现了多种金属氮化物胶体纳米晶体的可控制备，为该类高性能材料从传统的块体和薄膜形态，向可打印、可柔性集成的新形态发展提供了技术路径。

文献信息：

Lin, R., Khokhar, V., Jiang, N. et al. Ammonia pressure controls colloidal metal nitride synthesis in molten salts. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10801-3

信息来源： DT半导体、半导体技术情报

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