超细四氧化三钴纳米线的量子受限效应和表面效应研究

基于前期在低维体系和四氧化三钴体系的工作积累，本课题提出了一套全新的，可行的实验方法来制备直径小于3纳米的超细四氧化三钴纳米线.我们将通过低温的化学气相沉积法（CVD）来实现超细四氧化三钴纳米线的生长并实现对纳米线的尺寸控制。利用扫描隧道显微镜（STM）直接观察纳米线表面原子结构，对直径接近1纳米的纳米线，利用STM观察单个原子缺陷对纳米线生长的影响，来研究纳米线的生长机制。同时，我们将利用超高真空变温四探针SPM系统研究超细四氧化三钴纳米线的导电性和磁性，分析量子受限效应和表面效应对该体系的物理性质的影响，并通过第一性原理计算来分析理解实验结果。上述研究内容在国际上至今尚无报道，具有重要的学术意义和应用前景。

在本项目的支持下，何林带领其研究团队在低维体系的生长和物性研究方面做出了一系列重要的研究成果，项目执行的3年多时间里，何林作为通讯作者/第一作者共发表了27篇SCI论文，包括影响因子3以上的高水平论文20篇，其中包括1篇Nature Commun.（Nature子刊）, 2篇Phys.Rev.Lett.（物理类国际顶级期刊）,7篇Physical Review B，6篇Appl.Phys.Lett.，1篇Nanotechnology，1篇J. Phys. Chem. C，和1篇Chem. Commun.等。基于上述研究成果，何林受邀在APS March meeting (2013) [物理领域最大的国际会议]和The 4th international conference on Recent Progress in Graphene Research等重要国际会议上作相关方面的邀请报告，说明这些工作已经引起了国内外同行的广泛关注。. 在本项目的支持下，我们发明了一种简易且低成本的方法生长金属氧化物纳米线，系统研究了其生长机制。我们利用扫描隧道显微镜（STM）深入研究了这些纳米结构表面的原子结构，测量了其电学性质，观察到了明显的量子受限行为。我们测量了直径为3纳米的四氧化三钴纳米线对CO气体的催化性质，其催化速率的测量结果比目前国际上报道的四氧化三钴的催化性质高了40倍，我们将其归因于纳米线的大的比表面积，这些发现能为未来利用金属氧化物纳米线催化性质的设计和研发提供基础研究方面的指导。