《17O固體核磁共振區分氧化物納米材料暴露晶面研究》是依託南京大學，由彭路明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：17O固體核磁共振區分氧化物納米材料暴露晶面研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭路明
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氧化物納米材料在催化、能源、環境等領域扮演著重要角色，其性能往往與其暴露的晶面相關。發展新的物理化學方法表征氧化物納米材料暴露的晶面，對理解其結構與性能之間的聯繫至關重要。本項目提出引入新的選擇表面17O同位素標記的方法，藉助17O核磁共振譜學，結合理論計算，發展區分納米材料暴露晶面的新方法。以此為基礎，進一步研究暴露不同晶面的氧化物納米材料的性能和相關反應機理，建立新的氧化物納米材料結構與性能的表征方法。本項目將為改進納米氧化物材料的性能，乃至針對特定套用理性設計新型納米材料，應對國家在相關領域的重大研究需求提供新思路和理論依據。
結題摘要
區分氧化物納米晶的晶面及明確其結構對於建立相關材料的構效關係尤為重要。本項目藉助17O固體核磁共振譜學，結合DFT理論計算，發展了一種探索氧化物納米材料表面結構的新方法。重要成果和關鍵數據包括：以主要暴露(001)面的銳鈦礦TiO2納米片和主要暴露(101)面的銳鈦礦TiO2納米八面體為例，展示了基於17O核磁共振譜學、結合DFT理論計算，能夠區分暴露不同晶面氧化物納米晶。17O核磁共振結果還顯示兩種納米晶表面的結構細節和性質：水分子在(001)面和(101)面上分別呈解離吸附和分子吸附，(001)面發生了表面重構而(101)面出現了較多台階位的缺陷。以主要暴露高能(100)極性面的CeO2納米立方塊為例，展示了主要藉助17O核磁共振譜學能夠細緻表征氧化物納米晶極性面。發現選擇表面標記和非選擇標記的CeO2納米立方塊的17O核磁共振信號化學位移不同，源於(100)面的極性補償機制，包含產生表面羥基及重構的CeO4終止結構。1H核磁共振數據起到輔助歸屬作用，且其可以給出表面CeO4終止結構和O終止結構的相對含量。此外也藉助17O核磁共振譜學研究了單斜相和四方相ZrO2納米粒子，通過表面選擇標記能夠首次觀測到納米材料表面3配位O物種，能夠通過17O核磁共振譜學考察表面O向內部的擴散。還合成了主要暴露(10-10)晶面的ZnO納米棒，17O核磁共振表征等相關工作仍在進行中。本項目的研究成果幫助我們更深入地理解氧化物納米材料結構和性能，將能為設計納米氧化物催化劑提供新思路和理論依據。
