具有单晶壳层的金属/半导体核壳纳米材料制备及其界面协同性能研究

The project aims to create novel materials and devices by controlling the structures of materials and the peculiar functions of interface generated by contacting and amalgamating of the heterogeneous materials, and design and fabricate the core-shell metal-semiconductor heterostructures nano-materials with different components and varying structure by controlling the thermodynamics and kinetics of the growth process. Through a combination of a variety of advanced electron microscopy analysis and characterization methods, to adjust the size, structure and defects of nanomaterials and reveal the effect of heterogeneous material composition, microstructure and heterogeneous integration of the interface material on the wettabiltity, hysteresis behavior and the special interface to surface-enhanced Raman Effect. With theoretical simulation, to further reveal the relationship and the law between structure and properties, and to explore the study of metal/semiconductor core-shell structure materials in the field of catalysis, sensors, etc. This project would provide a theoretical basis and technical support for the design and the application of nano-materials, and be of great scientific significance in the field of nanoscience, nano-materials, and surface science.

本项目以控制材料的结构以及异质材料的接触和融合产生奇异界面功能进而创造新型材料和器件为指导思想，通过设计并制备系列不同组分和结构的核壳金属/半导体异质结构纳米材料，综合采用多种先进的电子显微分析方法表征，实现对纳米材料的成分、尺寸、结构和缺陷等的调控，研究材料生长的热力学和动力学过程，研究浸润性、粘附性对纳米材料的可控制备，异质材料组分、微观结构及异质界面接触融合之间的关系，以及由此产生的特殊界面对表面增强拉曼的影响及规律。结合理论模拟计算，进一步揭示特殊界面条件下材料结构与性能之间的关系及规律本质，并探索研究金属/半导体核壳结构材料在催化、传感器等领域的应用。本项目的研究为设计和发展新型界面提供理论指导和技术支持，这对纳米科学、表面科学、以及材料领域的发展都具有重要的科学意义。

材料的特异结构以及异质材料的接触和融合产生奇异表界面功能进而创造新型材料和器件，对材料领域的发展具有重要的科学意义。基于此本项目设计和制备了不同结构的金属半导体核壳结构纳米材料，如Au@Co2P、Au@Ni12P5，采用多种先进的电子显微分析方法，以及X射线衍射、X射线光电子能谱进行成分、尺寸、结构表征，开展了Au@Co2P纳米材料对析氧反应的催化性能研究，并对机理进行了探讨。开展了Au@Ni12P5纳米材料的制备优化设计，对其进行了拉曼光谱、紫外近红外等光谱性质的研究；另外，对不同中心金属的的酞菁进行了拉曼光谱研究，分析了影响拉曼位移的影响因素；开展了电场控制表面浸润性诱导微结构线表面液滴和气泡单向输运和电化学阳极氧化制备液体单向浸润及渗透用于油水分离纳米材料的研究。研究表明，不同结构纳米材料具有优异的光学、催化性能，以及电场响应液体运输性能等，在能源催化、传感器、光谱分析以及等生物医药方面具有重要的科学研究意义和广泛的应用前景。通过本项目的研究，取得了一系列研究成果，目前，已发表SCI论文13篇，影响因子在10以上的4篇；授权4项中国发明专利；培养研究生3名，完成了该项目的研究目标。