多元复合磁性纳米材料的微结构调控及性能研究

On the nanometer scale, multicariate magnetic nanomaterials (MMNs) with different defined shapes and composition have demonstrate great promise for magnetic, optical and catalytic applications. Wet chemical method such as one-pot approach, seed method are innovated to prepare functional multilayer structures with unique size and morphologies such as spheres, cubes and polyhedrons. Many more comples and presious arrangements of atoms are derived based on above mentioned nanostructures, such as nanowires, nanosheets, nanoflowers and truncated polyhedrons. With he help of Cs-corrected transmission electron microscope (TEM), Lorentz transmission TEM and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic arrangement, magnetic structure and electron configuration of magnetic nanoparticles are observed. Combing theory and experiment result to explore the relationship between electron transfer and mesoscopic properties, reveal microstructure to influence the nature of micro-performances can promote its applications in information, energy and nanotechnology.

在纳米尺度下，通过精细调控、适当修饰，设计制备出具有特定形貌的独立多元磁性纳米材料，能够同时在磁记录、磁存储、光传感和纳米催化等领域具有重要的科学意义和应用前景。本项目拟采用一步法、晶种法等多种湿化学方法，通过控制表面原子排布、改变颗粒状态调控得到具有多种优异物化性能的独立磁性纳米结构。综合运用环境气氛球差校正透射电镜、洛伦兹透射电镜、X射线光电子能谱分析仪等多种先进的测试分析技术多尺度观测磁性纳米粒子的原子排布、磁结构信息和电子组态等微结构特点；以原位电子显微技术与磁近邻效应为基础，研究物化反应前后表面原子排布、电子结构以及磁结构等的演变过程；通过比较不同成分、形貌、界面状态、晶格缺陷的纳米粒子间的磁性、光学、催化等性能的差异，结合理论模拟计算，探究磁性纳米粒子的微结构对物化性能影响的本质原因，为构建不同性能间的内在联系奠定基础，推进其在信息能源、纳米科技等产业中的应用。

多元复合磁性纳米材料较单一组分纳米材料具有更丰富、更优异的物化性能，是构筑具有特定功能纳米器件的重要组成，深入研究其结构、性能、制备和应用中的物理问题，具有重要的科学意义。本项目基于预期目标，主要完成了以下工作：（1）利用反铁磁金属Mn掺杂PtCo截角八面体制备得到PtCo-Mn三元磁性纳米材料，通过调控Mn的掺杂含量可同时调控样品磁性和催化性能；（2）采用简便的一步溶剂热法设计合成一维串珠状PtNi合金纳米球链，兼具零维纳米颗粒的高比表面积和一维纳米线的高稳定性优势，有效缓解因尺寸效应造成的活性和稳定性的不均衡性；（3）基于提高材料的导电性，提供更多活性比表面积和反应通道，缩短离子扩散距离，为制备高性能多元磁性纳米材料提供良好的载体，设计并制备出特殊的B掺杂C纳米管结构、不同形貌和相结构的MoS2层状结构；（4）构造异质结构激活载体材料的惰性表面，制备外部层状-内部中空的CoP@MoS2磁性纳米异质结构，拓展非贵金属磁性纳米材料在催化中的应用；（5）基于金属有机框架结构，实现磁性元素Co和非磁元素N对C材料的双掺杂，构筑贵金属/非贵金属（磁性/非磁）异质界面，通过简单调控界面成分实现对甲酸氧化路径的选择，并利用界面相互作用提高异质结构对甲酸氧化的催化能力。本项目按计划执行，各项研究开展顺利，共发表高质量SCI论文6篇，申请国家专利2项，培养毕业硕士研究生4名，在读博士研究生1名，在读硕士研究生4名，圆满完成各项任务。项目执行期间，负责人新增主持国家自然科学基金面上项目1项，合作申请国家自然科学基金重点项目1项，省部级项目2项。