近期，帕多瓦大学团队在国际知名学术期刊《Advanced Science》上发表了题为“Time‐Resolved Dynamics of Laser Ablation in Liquid with Gas‐Evolving Additives: Toward Molding the Atomic Structure of Nonequilibrium Nanoalloys”的研究论文。
该工作围绕激光液相烧蚀在产气添加剂环境中合成的非平衡Au-Fe纳米合金展开研究。核心发现：冲击波前压力降低可抑制去合金化，促进Fe在Au晶格中的取代固溶，形成从异质结构到有序固溶体的多种超结构。支撑核心结论的关键表征，来自扫描透射电子显微镜-高角环形暗场（STEM-HAADF）结合EDX元素面扫，用于Au-Fe纳米合金原子尺度结构与成分表征。
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非平衡纳米合金的合成挑战
激光液相烧蚀被视作合成多组分非平衡纳米材料的代表性手段。激光脉冲在液体中瞬间气化靶材，产生的等离子体羽流被周围液体以极高冷却速率淬灭，热力学上本不稳定或难以互溶的相，因此有机会被冻结在纳米颗粒中。这一特性让该技术在光子学、纳米医学和催化领域展现出颠覆性潜力。
问题出在元素之间的差异。以Au-Fe体系为例，金几乎不氧化，铁却极易与氧结合，两者在不同温度下的互溶程度也相差悬殊。这种不对称性导致冷却过程中元素各走各的路：铁向表面迁移并被氧化，金则倾向于自成相，最终产物往往是偏析的氧化物-金属异质结构而非均匀合金。原子结构因此难以预测，更谈不上按需设计。
产气添加剂提供了一条可能的干预路径。O2、N2、H2在烧蚀过程中会改变局部压力与化学环境，但它们究竟如何影响纳米合金的局部原子排布和元素空间分布，目前仍不清楚。要回答这个问题，需要在单颗粒尺度上同时获取原子结构与成分信息，这正是后续表征手段介入的切入点。
水相中Au-Fe纳米合金的原子尺度成分成像
要判断铁究竟是被冻进了金晶格，还是偏析到表面氧化，仅靠整体衍射或谱学平均不够——两者给出的都是颗粒集合的平均信息，会把不同结构颗粒的信号混在一起。只有把形貌衬度与元素分布在同一颗粒上逐点对应，才能看清去合金化与氧化到底发生在哪里。
图1：水及水/产气添加剂中代表性Au-Fe纳米颗粒的STEM-HAADF像与Au、Fe、O元素面扫，揭示核壳、Janus及合金化等超结构差异
STEM-HAADF像给出原子序数衬度，重元素更亮，据此区分金属相与轻元素氧化物；同一视场下采集Au M、Fe K、O K三元素面扫，把亮区与Au、Fe、O信号直接叠合。
四组水相样品由此呈现不同超结构：H2O与H2O/N2中出现铁氧化物月牙、核壳及Janus构型，说明Fe从合金中偏析并被氧化；H2O/O2中Fe与Au在金属相内共存，Fe约18 at%，另有氧化铁团簇嵌入双金属基体；H2O/H2中则见氧化铁薄壳与富铁团簇，单颗粒Fe含量高达36 at%，远超XRD估计的取代Fe含量，提示部分金属铁析出。单颗粒元素面扫与XRD互补：XRD给出平均晶格取代量，EDX面扫揭示被平均掩盖的相分离与氧化。这一尺度落差坐实了水相中的去合金化路径，也为下一节乙醇相中更完整合金化行为的对比提供了基准。
乙醇相中合金化与表面偏析的定量解析
同一套原子序数衬度像与元素面扫换到乙醇相，差异更精细。EtOH 样品是均匀的 Au-Fe 核，外包一层薄氧化铁壳；EtOH/N2 和 EtOH/O2 中，氧化铁不再成壳，而以纳米月牙的形式贴在颗粒表面。
图2：乙醇及乙醇/产气添加剂中代表性Au-Fe纳米颗粒的STEM-HAADF像与Au、Fe、O元素面扫，显示表面氧化壳、纳米月牙与Au表面偏析
EtOH/H2 的构型相反：双金属 Au-Fe 核外裹一层纳米级 Au 薄层，既没有磁铁矿反射，也找不到富铁团簇。EDX 定量给出四种环境的平均 Fe 含量分别为 18、18、22、20 at%，与 XRD 推得的取代 Fe 含量在多数样品中吻合。
Au 壳与氧化铁壳是方向相反的两种表面构型，元素面扫即可判定：Au 信号在外、Fe 与 O 在内是氧化壳，Au 富集在外、Fe 留在核内是表面偏析。高分辨像与 FFT 的物相归属佐证了这一判断，同一品类仪器由此把水相中较粗的相分离，推进到乙醇相中氧化壳、纳米月牙与 Au 偏析三类更细微的超结构区分，EDX 与 XRD 的定量结果也互相印证。
原子尺度成分成像对非平衡纳米合金研究的价值
原子尺度成分成像的价值，在于把合成环境参数与最终原子构型直接扣在一起。正是这类分析在单颗粒尺度上呈现出从氧化物-金属完全偏析、纳米团簇析出到有序固溶体的连续超结构谱系，才使冲击波前压力与取代固溶度之间的线性关联得以建立。有了这层结构证据，非平衡纳米合金的合成不再只靠经验试错，而能按目标构型反推合成条件，也为按需开发先进纳米材料库提供了可复用的方法。