极性/非极性稀土氧化物薄膜表面功函数与不同尺度水的吸附行为研究

The interfacial interaction of water and oxide surface plays an important role in the fields of catalysis, electrochemistry, bionics, corrosion science, and so on. However, the internal mechanisms are rather complex because the absorption process of water is strongly associated with the surface geometric and electronic structures. To clarify the absorption behaviors of water at the surface of oxides, it is necessary to investigate the correlation between the electronic structures and the absorption behaviors of water. Based on the present studies on the absorption of water molecules in physics and superhydrophobicity / superhydrophilicity of water in bionics, this proposal will focus on the study on the effect of electronic structures on the absorption of water. Cerium and lanthanum oxides will be selected as the research object. Based on the huge difference of electronic structures for polar and nonpolar oxide surfaces, the change trend between the work function and the structural parameters will be found. Then, the effect of electronic structures on the absorption behaviors of water from water molecules to atomized water to water droplets will be investigated. Finally, the absorption characters and mechanisms of water at oxide surface will be revealed, which will provide valuable scientific data for their application in the fields of catalysis, electronics, bionics, and so on.

水与金属氧化物的界面相互作用在催化、电化学、仿生学、腐蚀与防腐等诸多领域都扮演着重要的角色。然而，水的吸附行为与氧化物表面几何结构和电子结构密切相关，其作用机理相当复杂。要揭示水在金属氧化物表面的吸附机理，首要的任务是弄清其表面电子结构对水吸附行为的影响。基于目前物理学上对微观分子水的吸附行为和仿生学上对宏观水的超亲水/超疏水性研究，本项目拟探索电子结构对不同尺度水（分子水+雾化水+水滴+水流）吸附行为（自上而下+自下而上）的影响。拟以氧化铈、氧化镧等稀土氧化物纳米薄膜为主要研究对象，利用极性/非极性取向氧化物薄膜在表面电子结构上的巨大差异，比较探索其功函数与水吸附行为之间的变化规律。侧重于比较分析薄膜表面（极性+非极性）微纳结构特征，构建微纳结构参量与功函数之间的定量关系，揭示出各种不同尺度的水的主要吸附特征和作用机理，为金属氧化物在催化、电子、仿生等领域的应用提供有价值的基础实验依据。

水与金属氧化物的界面相互作用在催化、电化学、仿生学、腐蚀与防腐等诸多领域都扮演着重要的角色。然而，水的吸附行为与氧化物表面几何结构和电子结构密切相关，其作用机理相当复杂。要揭示水在金属氧化物表面的吸附机理，首要的任务是弄清其表面电子结构对水吸附行为的影响。基于目前物理学上对微观分子水的吸附行为和仿生学上对宏观水的超亲水/超疏水性研究，本项目按计划执行情况良好，达到了预期研究目标。首先，以氧化铈、氧化镧等稀土氧化物纳米薄膜为主要研究对象，利用极性/非极性取向氧化物薄膜在表面电子结构上的巨大差异，比较探索了功函数与水吸附行为之间的变化规律。其次，侧重比较分析了薄膜表面（极性+非极性）微纳结构特征，构建了微纳结构参量与功函数之间的定量关系。最后，揭示出了各种不同尺度的水的主要吸附特征和作用机理，为金属氧化物在催化、电子、仿生等领域的应用提供了有价值的基础实验依据。依据部分研究结果作为支撑材料，撰写了1部学术专著，发表了14篇SCI收录的学术论文，获得了1项中国发明协会科技进步二等奖。