磁场控制合成新型纳米结构磁性金属薄膜及其微结构调控研究

纳米结构磁性金属（及合金）薄膜是一类十分独特、重要的功能材料。本研究拟将磁场引入至液相化学还原法制备磁性金属纳米晶的反应体系中，通过控制磁场因素和反应条件，合成出多种由规整的形状各向异性磁性纳米晶组成的金属薄膜并调控其微结构。在此基础上，研究磁场影响薄膜微结构及其性能的一般规律；同时，采用多种方法探索磁场下化学反应特点以及磁性纳米晶在磁场作用下的运动、生长、组装排列等规律以及成膜机制。.本研究可为设计、构筑新型纳米磁性结构，寻求性能优良的纳米磁性薄膜材料提供重要的理论依据。同时，对开拓新型磁性薄膜的制备技术、完善磁场控制合成法的理论基础均具有重要的意义。

磁性金属/合金纳米晶及其组成的薄膜在催化、信息储存、吸波材料、磁光材料等领域有着重要的应用。而磁性金属/合金纳米晶及其组成的薄膜的性能与其形貌紧密相关，因此，研究合成条件对所制备的纳米材料微观结构的影响、以及微观结构与其性能之间的内在相关性可为设计高性能的磁性金属/合金纳米结构及其组成的薄膜材料打下基础。本项目采用液相化学还原法制备了一系列具有特殊形貌的磁性金属/合金纳米结构，如由五角棒组成的镍纳米花、由叶片状钴镍合金组成的三维纳米结构、由钴镍合金纳米片组成的空心微球等，并对其进行了系统表征，研究了具有特殊纳米结构磁性纳米晶的生长形成及自组装规律。在此基础上，将外磁场引入反应体系，利用磁场对磁性物质的诱导作用使得化学还原生成的磁性金属/合金纳米晶原位沉积在基体材料上，通过控制反应条件合成出多种由规整的形状各向异性的磁性纳米晶组成的薄膜，如由纳米片、纳米板、纳米花、纳米锥、纳米线等纳米单元组成的纳米结构薄膜。采用了TEM、SEM、XRD、XPS等设备等对所制备的薄膜进行了表征，并开展了了薄膜材料的磁性、疏水性、催化方面的性能研究。在系统研究反应条件的基础上提出了一种新的制备纳米结构磁性金属/合金薄膜的通行方法-磁场控制法（已申请专利）。研究发现，外磁场的作用不仅仅在于使磁性纳米颗粒向基材迁移并成膜，更为重要的是它可以影响磁性纳米晶的生长，对获得具有特殊纳米结构的薄膜起到了重要的作用。以硼氢化钠水解制氢、水合肼还原硝基苯酚等反应为探针反应考察了所制备薄膜材料的催化活性，发现所制备的纳米结构磁性金属/合金薄膜具有高于传统颗粒型纳米催化剂的催化活性和稳定性。同时，探讨了所制备的薄膜的纳米结构与其催化性能之间的关联，发现催化活性与组成薄膜的纳米单元的晶面结构、纵横比等因素紧密相关，这些研究为实现纳米结构磁性金属/合金薄膜的微结构可控合成以及获得具有优良性能的磁性、超疏水性和催化材料具有重要的意义。. 在项目执行期间，在Chemical Communications，Journal Power Source，Catalysis Science & Technology，CrystEngComm等国际SCI源刊上发表论文9篇，其中一篇论文被选为封面图片。申请中国发明专利一项。