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
负责人:
谢兆雄
依托单位:
学科分类:
结构化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑志平、陈璐宁、刘晓喜、杜桂芬、江雅婷、薛雅坤
中文摘要
贵金属及其合金纳米晶的物理化学性能与其结构密切相关。包括热力学亚稳晶相和五重孪晶结构等在内的贵金属及其合金纳米晶(热力学亚稳结构)常常展现出与热力学最稳定态迥异的性能。但目前对贵金属及其合金纳米晶性能的调控主要集中在热力学最稳定态的尺寸、表面结构、组成上,对于具有热力学亚稳态结构的系统性研究还比较少。本项目拟以控制合成具有热力学亚稳态的贵金属亚稳相及五重孪晶纳米晶为主要研究内容,在研究贵金属纳米晶热力学及动力学生长行为的基础上,厘清热力学亚稳相及五重孪晶的形成机理,实现对具有亚稳态晶相结构、五重孪晶结构纳米晶的可控合成,并系统研究热力学亚稳态贵金属纳米晶与催化性能的构效关系。本项目的实施将加深我们对热力学亚稳态纳米晶微观生长机制的认识,为高性能催化剂的设计提供新的思路。
英文摘要
The physicochemical properties of noble metals and their alloy nanocrystals are greatly related to their structures. Thermodynamically metastable structures, including different crystal phase and cyclic-penta-twinned structure, usually endow nanomaterials with enhanced or new functionalities. However, current researches are mainly focused on tuning sizes, surface structures and compositions of thermodynamically stable noble metal and its alloy nanocrystals. Limited progresses have been achieved on thermodynamically metastable structures. In this proposed project, we will study on controlled syntheses of noble metal and its alloy nanocrystals with thermodynamically metastable crystal phase and cyclic-penta-twinned structure. Based on the studies of growth behaviors from thermodynamical and kinetical aspects, we will try to clarify their intrinsic growth mechanisms, and realize the rationally controlled synthesis of noble metal nanocrystals with thermodynamically metastable crystal phase and cyclic-penta-twinned structure. Moreover, we will study the corresponding catalytic properties of thermodynamically metastable noble metal nanocrystals by taking several typical catalytic reactions as benchmark. We believe that the studies will deepen our understanding of the growth mechanism for thermodynamically metastable noble metal based nanocrystals, and provide guidance in the rational design and synthesis of noble metal based catalytic materials with low cost and high performance.
贵金属纳米晶的物理化学性能与其结构密切相关,其热力学亚稳态结构(如非fcc晶相和五重孪晶)常常展现出与稳定态迥异的性能。然而,贵金属亚稳态纳米晶的形成机理和可控制备方面长期以来没有成熟的理论指导。鉴于此,本研究以控制合成亚稳相及五重孪晶等具有热力学亚稳态的贵金属纳米晶为主要研究内容,在研究贵金属纳米晶热力学及动力学生长行为的基础上,厘清热力学贵金属亚稳态纳米晶的形成机理,实现对具有亚稳态晶相结构、五重孪晶结构纳米晶的可控合成,并系统研究热力学亚稳态贵金属纳米晶与催化性能的构效关系。经过项目组成员四年的不懈努力,本项目进展顺利,各项研究内容均已执行,实现了既定的研究目标,取得了一些创新性研究成果:(1)发展了多种调控微/纳米晶体表面结构的方法,合成得到了一系列具有内凹多面体、片状内凹多面体、空心结构以及超支化分形结构等亚稳纳米结构的贵金属纳米晶,在此基础上进一步阐明了这些贵金属亚稳纳米晶的表面结构(晶面)与其电催化性能(活性、稳定性以及选择性)之间构效关系;(2)通过改变金属前驱物还原速率等方式,成功实现了一系列贵金属纳米晶从面心立方(fcc)热力学稳定相到其它亚稳晶相(非fcc晶相或不定形)的转变;通过简单更换反应容器(亲疏水性)的方式,实现了对Pt和Pd纳米晶从五重孪晶(二十面体)到单晶(立方体或八面体)的转变。(3)成功合成了一种具有五重孪晶枝状结构的Rh纳米晶,该结构具有高比例{100}面裸露、大的比表面积、高密度的孪晶缺陷位等特点,在碱性溶液中对乙醇电催化氧化表现出出色的结构稳定性、高的催化活性以及碳碳键断裂选择性(14.5%)。(4)进一步完善了前期提出的纳米晶体生长的“过饱和度法调控理论”,指出:调节生长基元的化学势(μl)除了可以调控产物的表面结构(表面能)外,也可以调控产物的体相结构,高化学势的生长基元在成核阶段可以产生高化学势的晶核。该研究弥补了非平衡态、过饱和条件下晶体生长相关理论的缺失,厘清了晶体生长过程中决定亚稳态纳米晶结构的关键因素。这些研究成果加深了我们对热力学亚稳态纳米晶微观生长机制的认识,为今后不同热力学亚稳态纳米晶的理性、可控合成提供理论指导。截止2021年底,在本基金的支持下,项目组成员在国内外学术期刊上共发表学术论文30多篇(其中IF>10的论文共15篇).
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Effect of Rutile Content on the Catalytic Performance of Ru/TiO2 Catalyst for Low-Temperature CO2 Methanation
金红石含量对Ru/TiO2催化剂低温CO2甲烷化催化性能的影响
DOI:
10.1021/acssuschemeng.1c05565
发表时间:
2021-10
期刊:
ACS Sustainable Chemistry and Engineering
影响因子:
8.4
作者:
[Zhao Zhiying, Jiang Qiaorong, Wang Qiuxiang, Wang Mingzhi, Zuo Jiachang, Chen Hanming, Kuang Qin, Xie Zhaoxiong]
通讯作者:
Xie Zhaoxiong
Sierpinski gasket-like Pt-Ag octahedral alloy nanocrystals with enhanced electrocatalytic activity and stability
具有增强电催化活性和稳定性的谢尔宾斯基垫片状 Pt-Ag 八面体合金纳米晶
DOI:
10.1016/j.nanoen.2019.04.093
发表时间:
2019
期刊:
Nano Energy
影响因子:
17.6
作者:
[Zhang Jiawei, Li Huiqi, Ye Jinyu, Cao Zhenming, Chen Jiayu, Kuang Qin, Zheng Jun, Xie Zhaoxiong]
通讯作者:
Xie Zhaoxiong
Optimization of gold-palladium core-shell nanowires towards H(2)O(2) reduction by adjusting shell thickness.
通过调节壳厚度优化金-钯核壳纳米线还原 H2O2
DOI:
10.1039/c9na00726a
发表时间:
2020-02-18
期刊:
Nanoscale advances
影响因子:
4.7
作者:
[]
通讯作者:
In situconstruction and post-electrolysis structural study of porous Ni2P@C nanosheet arrays for efficient water splitting
用于高效分解水的多孔Ni2P@C纳米片阵列的原位构建和电解后结构研究
DOI:
10.1039/d0qi00570c
发表时间:
2020
期刊:
Inorganic Chemistry Frontiers
影响因子:
7
作者:
[Ma Min, Zheng Zhiping, Song Zhijia, Zhang Xibo, Han Xiao, Chen Hanming, Xie Zhaoxiong, Kuang Qin, Zheng Lansun]
通讯作者:
Zheng Lansun
Surface structure-dependent electrocatalytic reduction of CO2 to C1 products on SnO2 catalysts
SnO2 催化剂上表面结构相关的 CO2 电催化还原为 C1 产品
DOI:
10.1039/c9se00678h
发表时间:
2020
期刊:
Sustainable Energy & Fuels
影响因子:
5.6
作者:
[Fang Minling, Zheng Zhiping, Chen Jiayu, Chen Qian, Liu Deyu, Xu Binbin, Wu Jianyang, Kuang Qin, Xie Zhaoxiong]
通讯作者:
Xie Zhaoxiong
共 33 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
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批准号:22371236
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:谢兆雄
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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
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批准号:21931009
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项目类别:重点项目
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资助金额:300.0万元
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批准年份:2019
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
微/纳米晶体表面结构的控制及其结构与性能关联的研究
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批准号:21333008
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项目类别:重点项目
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资助金额:300.0万元
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批准年份:2013
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负责人:谢兆雄
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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
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批准号:21073145
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2010
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
纳米晶体晶面的选控生长及其特性的研究
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批准号:20673085
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2006
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
电极表面的配位聚合物组装及其自组装膜结构与性能的研究
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批准号:20473069
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项目类别:面上项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2004
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
表面纳米结构的电化学SPM和电化学法制备及相关理论
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批准号:20173046
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项目类别:面上项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2001
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
隧道电子和局域场对固液界面纳米区域反应的影响与控制
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批准号:29603007
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:1996
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负责人:谢兆雄
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依托单位:
国内基金
海外基金