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微/纳米晶体表面结构的控制及其结构与性能关联的研究

批准号:
21333008
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
谢兆雄
依托单位:
学科分类:
化学理论与机制
结题年份:
2018
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
江智渊、蒋亚琪、周樨、杨静、张先华、陈伟、张嘉伟、王雪、包士雄

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
表面化学家在单晶固体表面的物理化学行为和性质等方面取得了许多引人瞩目的成果,但若要深入探讨实际复杂体系中固体表面的结构与性能关系等基本物理化学问题,需要表面结构明确的微/纳米晶体。本项目拟以具有催化等重要应用背景的功能微/纳米晶体的表面结构的控制为主要目标,通过相关原位技术结合理论模拟,系统地从晶体生长动力学和热力学两个方面考察微/纳米晶体表面结构的控制和形成机制,提出微/纳米晶体表面结构控制的方法和理论;制备组成确定、表面结构可控的贵金属和氧化物微/纳米晶体,结合电化学、光谱、程序升温脱附质谱以及EXAFS等多种结构表征手段,探索微/纳米晶体的表面结构研究方法,确定微/纳米晶体的表面结构;从原子、分子结构水平深入研究复杂实际体系中固体表面结构与相关物理化学性质的内在关联;为催化等复杂实际体系中相关材料的设计和应用提供理论指导。毋庸置疑,该研究将可能推动固体与表面物理化学研究迈上新的台阶。
英文摘要
Although great progresses have been achieved in the fundamental studies of the surface structures and corresponding properties of single crystals, in order to provide deep insight into the relationship between the exact surface structures and physical chemistry properties in the practical systems, it is important and urgent to prepare and explore micro-/nano-crystals with well-defined surface structures. In this project, according to the basic principles of crystallography and structural chemistry, we will develop efficient strategies to prepare uniform well-defined micro-/nano- crystals of functional metals and metal oxide. The definite surfaces of these micro-/nano-crystals will be consciously constructed by controlling the crystal growth process via adjusting both thermodynamic and kinetic parameters. The actual structures of the surfaces, including atomic arrangements, orientation, surface defect and adsorption, will be investigated by the electrochemical measurements, spectral analysis, electron microscopy observation, small-angle x-ray scattering (SAXS), x-ray absorption near edge structure (XANES), extended x-ray absorption fine structure (EXAFS), temperature programmed desorption mass spectrometry (TPD-MS), and so on. The formation/stabilization mechanism of the definite surfaces will be revealed based on the sophisticated analysis of the growth process, carefully characterization as well as mathematical simulations. A coherent picture will also be drawn to show how the properties of the as-prepared micro-/nano- crystals can be tuned by the structures of the surfaces. The main purpose of our study is to clarify related theory controlling mechanism of the definite surfaces, explore new methods for determining the surface structures, provide insight into the interaction of different surface structures and corresponding properties at atomic (molecular) scale, and finally build a bridge between the fundamental surface science researches and industrial applications. We are sure that such investigations will begin a new area of physical chemistry in the research of solid and surfaces.
在过去的几十年里,表面化学家在单晶表面的物理化学行为和性质等方面取得了许多引人瞩目的成果,但基于单晶的表面化学研究成果很难直接应用到实用体系中。以表界面结构明确的微/纳米晶体可控制备为目标,深入探讨实际体系中固体表面的结构与性能关系是表面化学领域研究前沿,也极具挑战。针对这一前沿科学问题,本项目旨在研究微/纳米晶体表界面结构控制方法和理论、构效关系。相关研究取得了系列重要进展:1)以热力学定律为基础,从理论的源头推导出裸露晶面的表面能与晶体生长过程的过饱和度成正比;结合二维成核相关理论,发现在极高的过饱和度的条件下,晶体的生长趋于各向同性;该理论可为合理设计合成具有不同表面结构的微/纳米晶给予有效指导;提出了两种金属的平衡电化学势差是种子法生长过程中决定双金属纳米异质结构形成时是否发生对称性破缺的热力学本质原因;2)构筑了系列金属(合金)片状内凹多面体结构、高能面裸露的五重孪晶的金属纳米晶、高能面裸露的金属氧化物纳米晶以及其他具有特殊表界面结构的纳米结构材料,探讨了相关纳米晶的形成机理及构效关系;3)结合先进表征手段和理论计算,在分子层次对复杂界面结构进行了细致的分析和探讨,深入理解了金属-有机、金属-无机氧化物等复杂界面在催化反应中的作用机制;4)以金属纳米团簇为模型,合成了系列金属纳米团簇并进行了全结构表征,为纳米晶表界面精细结构的表征提供了新的思路与策略。执行期间,共发表基金标注SCI论文102篇,其中包括Science 2篇、 Nature Mater. 1篇、 Nature Commun. 5篇、JACS 15篇、Angew. Chem. 5篇。因相关工作的系统性,分别应邀为Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.等刊物撰写了综述和进展报告,项目负责人在第7届全国结构化学会议上做大会报告等。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Heterometallic metal-organic framework-templated synthesis of porous Co3O4/ZnO nanocage catalysts for the carbonylation of glycerol
异金属金属有机骨架模板合成多孔Co3O4/ZnO纳米笼催化剂用于甘油羰基化
DOI: 10.1016/j.jssc.2017.08.035
发表时间: 2017
期刊: Journal of Solid State Chemistry
影响因子: 3.3
作者: [Lu Yinyun, Jiang Yating, Zhou Qi, Li Yunmei, Chen Luning, Kuang Qin, Xie Zhaoxiong, Zheng Lansun]
通讯作者: Zheng Lansun
High Sulfur Loading in Hierarchical Porous Carbon Rods Constructed by Vertically Oriented Porous Graphene-Like Nanosheets for Li-S Batteries
用于锂硫电池的垂直取向多孔类石墨烯纳米片构建的分级多孔碳棒的高硫负载量
DOI: 10.1002/adfm.201601897
发表时间: 2016
期刊: Advanced Functional Materials
影响因子: 19
作者: [Zheng Zongmin, Guo Hongchen, Pei Fei, Zhang Xin, Chen Xinyi, Fang Xiaoliang, Wang Taihong, Zheng Nanfeng]
通讯作者: Zheng Nanfeng
Co-crystallization of atomically precise metal nanoparticles driven by magic atomic and electronic shells.
由神奇原子和电子壳驱动的原子级精确金属纳米粒子的共结晶
DOI: 10.1038/s41467-018-05584-9
发表时间: 2018-08-22
期刊: Nature communications
影响因子: 16.6
作者: [Yan J, Malola S, Hu C, Peng J, Dittrich B, Teo BK, Häkkinen H, Zheng L, Zheng N]
通讯作者: Zheng N
Embryonic Growth of Face-Center-Cubic Silver Nanoclusters Shaped in Nearly Perfect Half-Cubes and Cubes
近乎完美的半立方体和立方体面心立方银纳米团簇的胚胎生长
DOI: 10.1021/jacs.6b10053
发表时间: 2017
期刊: Journal of the American Chemical Society
影响因子: 15
作者: [Yang Huayan, Yan Juanzhu, Wang Yu, Su Haifeng, Gell Lars, Zhao Xiaojing, Xu Chaofa, Teo Boon K., Hakkinen Hannu, Zheng Nanfeng]
通讯作者: Zheng Nanfeng
共 103 条
    贵金属超薄二维纳米晶的粉末X射线衍射结构解析和模拟方法及形成机制研究
    • 批准号:
      22371236
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      谢兆雄
    • 依托单位:
    热力学亚稳态纳米晶的形成机制与可控合成—化学势的作用
    • 批准号:
      21931009
    • 项目类别:
      重点项目
    • 资助金额:
      300.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      谢兆雄
    • 依托单位:
    贵金属及其合金热力学亚稳相及五重孪晶纳米晶的形成机理、控制合成及其催化性能研究
    • 批准号:
      21773190
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      64.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      谢兆雄
    • 依托单位:
    金属和金属氧化物纳米晶体的表面结构控制及功能调控
    • 批准号:
      21073145
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      37.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      谢兆雄
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金