《鐵系納米粒子組裝體系的微結構和磁性質關係研究》是依託北京科技大學，由王榮明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵系納米粒子組裝體系的微結構和磁性質關係研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王榮明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米尺度磁性材料由於其在磁記錄、磁流體及催化劑等方面廣泛深遠的套用前景，近年來越來越受到關注。由於與磁性相關聯的特徵物理長度處於納米量級，當樣品尺寸與這些特徵物理長度相當時，就會出現特殊而新奇的磁學與電學行為，其物理機制尚需進一步研究。.本項目以鐵系納米粒子（如Ni、NiPt、Fe2O3、Co3O4等）組裝體系為研究對象，研究影響其磁學性質的重要因素，如原子結構、表面結構、電子態、缺陷態分布等，建立普適的鐵系納米粒子組裝體系介觀磁性理論模型；通過材料設計、可控合成和組裝，構築2-3套複雜結構鐵系納米粒子組裝體系，探索納米尺度微結構和磁性質等有別於簡單粒子體系和體相的特殊性，在原子、亞原子層次揭示材料的製備-成分-微結構-磁學性能之間的內在聯繫，開展對鐵系納米材料相關物理模型的實驗驗證和理論修正工作，由物及理，在分子、原子層次上為高效、環境友好的鐵系納米材料的合成及套用提供實驗及理論依據。
結題摘要
鐵系納米粒子組裝體系是信息科技和能源領域的基礎材料。隨著現代電子信息產業向微型化、智慧型化、集成化發展，對鐵系納米粒子組裝體系的微結構和磁性質關係研究提出了更高的要求。我們提出了一種水體系常溫下化學還原製備多種尺寸、形貌以及結構的鐵系雙金屬納米材料的新方法，獲得了高質量、單分散NiPt納米球殼、NiPt納米碗、Pt/NiPt納米球殼、CoPt取向空心球鏈等一系列尺寸、形貌、結構和維度可控的鐵系-Pt基雙金屬納米結構，深入研究了材料的微結構與磁學等性能之間的關係，並觀察到準一維結構由於形狀各向異性增強的磁各向異性。運用原位高分辨掃描透射電子顯微成像與三維重構技術，研究Pt/NiPt納米空心球粒子在催化CO氧化反應過程中結構演化的規律，揭示了催化反應與原子結構的關係。 在乙二醇體系中通過簡單的化學方法合成了具有規則外形的Au@Ni核殼結構納米粒子。微結構分析和與理論模擬相結合，提出了其外延生長機制。磁性分析表明，樣品在350 K下出現超順磁性質，與理論模擬計算結果339 K。在油胺體系中合成了Au-Ni紡錘體狀納米粒子，在原子尺度原位研究了其在氧化和真空氣氛中的結構穩定性和退火條件下的結構演化行為，結合模擬計算，研究了其原子結構與催化、磁學等性質間的相互關係。在此基礎上，提出了設計、製備具有單晶殼層、大晶格失配度的金屬-半導體核殼結構的新方法，合成了具有單晶殼層的Au@Ni12P5核殼結構納米晶，顯示優異的超級電容器特性，並推廣到其他磁性納米核殼結構的研究。關於Au@Ni12P5納米晶的工作，NPG Asia Mater.雜誌在Research Summary中以“半導體：進入問題的核心作專題評論。 基於鐵系納米粒子組裝體系的微結構和其性質之間的關係研究，利用結構單元組合所產生的耦合效應、協同效應，構建了一些性能優異的納米器件，如Ni(OH)2@Co(OH)2單晶六角納米環，探索了其在能源等領域的套用。 在NPG Asia Mater.、Nano Energy、Nanoscale等刊物發表SCI論文25篇；在國際學術會議做Keynote報告1次、邀請報告14次；組織國際學術會議4次；申請、授權國家發明專利4項；培養博士研究生9名、碩士研究生5名。申請人2013年獲國家自然科學獎二等獎，並被評為科學中國人（2012）年度人物。
