石墨烯载高熵合金纳米粒子形成机理及定向精准设计
批准号:
52103287
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵盘巢
依托单位:
学科分类:
材料设计与表征新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵盘巢
中文摘要
针对目前高熵合金纳米材料制备技术面临的挑战、以及高熵合金纳米粒子形成机理和物相有效控制机制存在的科学问题,申请人独辟蹊径在制备方法上创新,采用雾化干燥法结合煅烧还原技术,以及利用双球差校正透射电镜原位生长观察,深入研究以上科学问题。主要揭示雾化参数与煅烧参数分别对氧化石墨烯载前驱体纳米粒子和高熵合金纳米粒子的粒径和物相的影响规律,揭示贵金属Pt、Ru、Ir等元素对高熵合金纳米粒子形成的关键作用机理,阐明高熵合金纳米粒子的生长机制以及物相结构精准设计的关键因素与规律,建立一种简单、高效、大规模制备和可实现包含贵金属、过渡金属、难熔金属多种元素(Pt、Co、Ru、Fe、Ni、W、Cu、Rh、Pd、Ir、Re和Mo)精确设计和控制高熵合金纳米粒子组分和物相结构的制备技术。本项目的运行可对高熵合金纳米材料元素组成和物相结构进行精准设计和控制,为我国高熵合金纳米材料的发展提供科学依据和奠定基础。
英文摘要
In view of the present preparation challenges of high-entropy-alloys nanoparticles (HEA-NPs), as well as the scientific problems in the formation mechanism of HEA-NPs and the effective control mechanism of phase structure, the applicant takes the innovation on the preparation methods and employs spray drying combined with thermal decomposition reduction technology and observation of in situ growth by double spherical correction transmission electron microscope to research scientific problems above in deeply. The effects of spray parameters on the particle size, phase and element distribution of precursors nanoparticles on GO and the effects of calcination parameters on the particle size and phase of HEA-NPs are revealed. The key action mechanism of precious metals such as Pt, Ru and Ir on the formation of HEA-NPs is uncovered, and the growth mechanism of HEA-NPs and the key rules on precise design of phase structure are expounded. A advanced preparation technique for the precise design and control of the composition and phase structure of HEA-NPs containing precious metals, transition metals, refractory metals (Pt, Co, Ru, Fe, Ni, W, Cu, Rh, Pd, Ir, Re and Mo) will be established. And the technology has the advantages of simplicity, high efficiency, controllability, universality and large-scale preparation. The operation of this project can accurately design and control the elemental composition and phase structure of HEA-NPs, which provides a scientific basis and lays a foundation for the development of HEA-NPs in our country.
高熵合金纳米材料因其组分的特殊性,从而使高熵合金纳米材料具有优秀的物理和化学性能,在多种催化领域具有非常大的应用潜能。目前简单、高效、绿色和大批量制备高熵合金纳米材料依旧面临巨大挑战。因此本课题在这样的背景下,开展研究。主要研究内容:雾化干燥过程前驱体纳米粒子粒径分布和微观结构研究;贵金属Pt、Ru、Ir等元素对高熵合金纳米粒子形成作用机理研究;煅烧参数对高熵合金纳米粒子粒径的影响规律及生长机制研究;高熵合金纳米粒子物相控制及精准设计研究。通过研究,负责人首次采用雾化分散干燥技术结合煅烧还原法合成了系列石墨烯载和非负载贵金属基高熵合金纳米材料,开发一种简单、高效和大规模合成高熵合金纳米粒子先进新技术,该技术可实现高熵合金纳米粒子组分和物相结构的精确设计和控制,涉及贵金属、过渡金属、难熔金属多种元素(Pt、Co、Ru、Fe、Ni、W、Cu、Rh、Pd、Ir等),制备石墨烯载5-10元的高熵合金纳米粒子,粒径控制在30 nm以内,纳米粒子均匀的分散在石墨烯表面;揭示了前驱体溶液浓度、雾化温度和进液速率对氧化石墨烯载前驱体多元纳米粒子粒径、物相和元素分布状态的影响规律;阐明了煅烧参数对高熵合金纳米粒子粒径、物相的影响规律;揭示了贵金属Pt、Ru、Ir等元素对高熵合金纳米粒子形成的关键作用机理,阐明了高熵合金纳米粒子的生长机制;揭示了不同含量贵金属Pt和Ru等元素对高熵合金纳米粒子物相结构的影响规律,阐明高熵合金纳米粒子物相结构精准设计的关键因素与规律。并发表相关SCI论文5篇,申请专利5件,其中授权1件;培养硕士研究生1人。通过三年的研究,现已完成课题的所有研究内容和考核指标,本项目的开展对我国高熵合金纳米材料领域的发展和研究具有一定的指导和借鉴意义。
国内基金
海外基金