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
负责人:
谢兆雄
依托单位:
学科分类:
无机合成
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢兆雄
中文摘要
纳米晶体除了热力学最稳定态外,多种形式的热力学亚稳态也可以稳定存在。但目前对亚稳态纳米晶生长机制缺乏深入的了解,相关理论和合成方法学研究已经严重滞后。本项目拟从全新的化学势视角研究“湿”化学合成中亚稳态纳米晶的形成机制,发展亚稳态纳米晶合成新方法。选择在催化等领域具有重要应用前景的无机纳米晶等为研究对象,在大量合成的基础上,评估各种反应因素对晶体生长基元化学势的贡献及其对最终产物纳米晶结构的影响;充分利用原位光谱和原位电镜等技术,探讨亚稳态纳米晶的成核及生长过程,综合热力学和动力学因素,结合理论推导和计算模拟,揭示其形成机理和本质规律,进而发展出亚稳态纳米晶可控合成方法。另外,研究各类亚稳态纳米晶的构效关系,厘清亚稳结构对相关物理化学性能的影响规律。该研究可为亚稳态纳米晶的可控合成及进一步的开发应用研究提供基础,完善无机亚稳态纳米晶合成相关领域的理论,切实推动相关领域取得突破。
英文摘要
The theory of chemical reactions of molecules is relatively comprehensive. Unlike isolated molecules, especially small molecules, that usually take most thermodynamically stable structures, various thermodynamically metastable structures for nanocrystals (NCs) may exist. However, the knowledge of corresponding formation mechanisms of metastable NCs still very lacks at present, which greatly impedes the development of related disciplines. It is urgent to develop relevant theories and synthetic methodologies. In this proposed project, we will study the formation mechanism of metastable NCs by wet chemical synthesis from a new perspective of chemical potential, and develop a new methodology for the rationally controlled synthesis of metastable NCs. Functional inorganic NCs, having important application prospects in the field of catalysis, will be selected as research objects. On the basis of tremendous endeavors on the synthesis, various experimental parameters effecting the chemical potential of growth units and final crystal structures are carefully evaluated. By taking advantage of state-of-the-art techniques, such as in-situ spectroscopy and in-situ electron microscopy, we will explore the nucleation and growth process of metastable NCs. Meanwhile, by comprehensively considering thermodynamics and kinetic factors, and combining theoretical derivation and computational simulation, we will try to figure out the intrinsic formation mechanism of metastable NCs, and finally develop the methodology for the rationally controlled synthesis of metastable NCs. Moreover, we will study the corresponding catalytic properties of thermodynamically metastable NCs by taking several typical catalytic reactions as benchmark. We believe that the studies will provide guidance in the rational design and large-scale synthesis of thermodynamically inorganic metastable NCs, deepen our knowledge of the control synthesis of inorganic metastable nanocrystals and effectively make breakthroughs in related fields.
纳米晶体除了热力学最稳定态外,多种形式的热力学亚稳态也可以稳定存在。但目前对亚稳态纳米晶生长机制缺乏深入的了解,相关理论和合成方法学研究已经严重滞后。针对这一前沿科学问题,本项目旨在发展有效制备热力学亚稳态纳米晶的“湿”化学合成理论和新方法,重点考察反应参数对体系化学势及产物微观结构的影响,研究体系中晶体生长基元化学势与热力学亚稳纳米晶体产物结构的关联性以及探究亚稳纳米晶的构效关系。相关研究取得了系列重要进展:1)聚焦于非平衡过饱和体系的晶体结晶行为,从最基础的热力学出发,得出基于晶体生长基元的化学势可以调节晶核结构(单/孪晶、相结构等)这一重要理论推断,在该理论的指导下,成功调控了Pd、Pt及其合金等晶体的体结构(单/孪晶、相结构等);2)以晶体生长基元化学势影响纳米晶体表面能等理论为指导,合成了系列具有重要催化等应用前景、高能晶面裸露的金属氧化物和金属内凹多面体纳米晶,解析了相关界面的分子层次结构,深入研究其在丙烯环氧化等反应中构效关系;3)合成了系列热力学亚稳态超薄纳米晶体;梳理并提出亚稳超薄纳米晶体的对称性用层群描述的建议,并发展全结构模拟的方法实现了对超薄纳米晶体粉末X-射线衍射图的拟合和结构解析。4)控制合成了系列亚稳相金属(合金)纳米晶体;结合多种先进的表征手段及理论计算明确正交相Rh的微观结构和渗碳机理,揭示了传统DMF体系中合成的“PdH”亚稳纳米晶的真实组成结构应为渗C/N的结构,为认识轻元素掺杂的贵金属纳米催化剂的结构和组成以及在催化等领域中的应用奠定了基础。项目执行期间,发表基金标注SCI论文54篇(其中IF>10的论文共25篇);培养博士后3名、毕业研究生29人(博士17人、硕士12人)。此外,部分相关成果(成果名称:热力学亚稳态纳米晶的形成机制与可控合成)获福建省自然科学奖一等奖(2022.12)。
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:
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
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批准号:21773190
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2017
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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