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氮化钼具有热稳定性、抗氧化性和机械强度，有望取代铂族金属成为相关过程中的重要介质。传统上，为跨越高反应势垒，合成高晶格能的氮化钼通常需要在高温（>900 ℃）高压（几GPa）下用NH
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对前驱体进行氮化，这往往导致产物的晶粒尺寸显著增加、表面积和孔体积急剧减小。虽然有研究人员在相对温和的温度和压力下利用熔盐和剥离法合成了具有相对较大比表面积的MoN和其他过渡金属氮化物（TMN）（WN，TiN，VN等），但产率相对有限且后续样品处理繁琐。另外，高温熔盐或剥离试剂对反应设备的腐蚀作用也是不可避免的。迄今为止，比表面积高达193.7 m
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、孔体积大的高结晶氮化钼的规模化生产仍是一个难题。多层空心球（MLHS）由于其多级空心结构，天然具有高比表面积和孔体积等优势。因此，构筑TMN MLHS是解决上述问题的有效途径。然而由于TMN的合成条件苛刻（高温、高压），制备由纳米颗粒组成的具有精确结构的TMN MLHS是一个巨大的挑战，严重限制了TMN的性能和应用研究。
六方相MoN单晶纳米片表现出表面增强拉曼散射（SERS）活性，可用于检测各种痕量有机分子。但与贵金属SERS基底的高灵敏度和拉曼增强因子（EF）相比，基于TMN的SERS基底的传感性能仍需进一步提高。与单晶纳米片结构相比，MLHS结构具有更高的比表面积和结构复杂性，这将促进其对分析物分子的吸附和对入射光的收集，从而增强其拉曼传感性能。
中国检验检疫科学研究院席广成研究员
团队等研究人员开发了一种通用的单源前驱体方法，以可控的方式合成立方相氮化钼(γ-Mo
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N)和六方相氮化钼(δ-MoN)。γ-Mo
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N呈现由纳米晶体组成的多层空心球(MLHS)结构，而δ-MoN包含由纳米片组成的分级空心球(HHS)，它们的比表面积高达193.7 m
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，孔体积也很大。作为前驱体，发现钼-甘油酸(MoG)的粒径是决定氮化钼结晶相的关键因素。此外，通过离子交换改变前驱体的金属组成，制备了一系列比表面积高达193.7 m
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、孔体积较大的TMN（WN、TiN、VN、NbN、Mon/WN、MoN/WN/TiN）MLHS，γ-Mo
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N MLHS作为一种灵敏稳定的SERS基底，可用于多氯苯酚和微塑料的痕量检测。
相关研究成果以“
Multilayered hollow transition metal nitride spheres made from single-source precursors for SERS analytics
”
为题
发表在
Nature Communications
上。
创新合成方法
：设计了一种通用的单源前驱体路线，在相对温和的条件下成功合成具有高比表面积和孔体积的γ-Mo
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N多层空心球，解决了传统高温高压合成方法导致的颗粒烧结和团聚问题。
材料多样性
：通过离子交换改变前驱体的金属成分，成功制备了一系列过渡金属氮化物（如WN、TiN、VN、NbN及其复合物）的多层空心球，拓展了材料的应用范围。
优异的SERS性能
：合成的γ-Mo
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N多层空心球在SERS分析中表现出显著增强的拉曼活性，对罗丹明6G（R6G）等分子的检测限可达到10
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M，拉曼增强因子（EF）高达7.54×10
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，远高于其他报道的非贵金属SERS基底。
环境稳定性
：γ-Mo
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N多层空心球基底具有出色的环境耐受性，即使经过酸碱腐蚀、高温氧化、激光照射等苛刻处理，其微观结构和晶体晶格仍保持稳定，SERS性能几乎不变。
微塑料检测应用
：首次将过渡金属氮化物材料应用于微塑料检测，对直径小于100 nm的聚苯乙烯（PS）微球的检测灵敏度可与贵金属基底相媲美，为环境污染物检测提供了新的解决方案。
图2.立方相δ-Mo
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N MLHS的形貌和结构表征
图4.立方相δ-Mo
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N MLHS和δ-MoN HHS的形成过程研究
图6.多组分非均质TMN MLHS的结构和成分表征
这项研究通过简单的单源前驱体氮化策略，可以选择性地制备比表面积高达193.7 m
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且孔体积大的高度结晶的γ-Mo
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N MLHS和δ-MoN HHS。研究发现，前驱体的粒径是决定氮化钼晶相和形貌的关键因素。当前驱体的粒径低于10 nm时，氮化产物为由纳米颗粒组成的立方相γ-Mo
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N。然而，当前驱体的粒径在微米级时，氮化产物为六方相δ-MoN，并呈现二维纳米结构。WN、TiN、VN、NbN、MoN/WN和MoN/WN/TiN MLHS也已通过这种单源前驱体策略合成。研究结果对于推广比表面积高达193.7 m
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、孔体积大的高结晶性TMNs的合成及应用具有参考价值。
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58031-x
（点击文末阅读原文可下载原文献）
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