核壳双金属纳米粒子的可控制备、原子结构和物性研究

具有核壳结构的纳米粒子可在纳米、原子尺度对其结构和成分进行设计和剪裁，实现综合性能优化；核壳双金属纳米粒子由于在催化、光学、磁学等方面优异的性能，开展其可控制备、原子结构和物性研究具有重要的科学意义和应用价值。本项目采用湿化学方法合成几种双金属纳米粒子，研究合成方法和条件对粒子的形态、尺寸、核壳结构、成分等的影响规律，提出核壳双金属纳米粒子的可控制备方法；在微米、纳米到原子、电子尺度表征纳米粒子的微结构，研究纳米粒子在电子束辐照下的稳定性；测量纳米粒子的催化、光学、磁学等性质，探索核壳结构对纳米粒子的物性有别于结构、成分单一的纳米粒子的特殊性；运用球差校正电镜、出射波函数重构等方法在亚埃分辨率定量研究纳米粒子的原子结构，测定其晶格位移场，确定单原子列元素分布；结合计算模拟，研究纳米粒子的核壳结构和性能间的内在联系，揭示纳米粒子的核壳结构影响性能的物理本质。

提出在室温条件下，以水作为溶剂，直接还原金属盐一步合成贵金属/磁性金属纳米粒子的方法，制备了尺寸和成份可控的、单分散NiPt超薄纳米球壳(壁厚仅2-3纳米)，显示优异的电催化活性和稳定性，有望成为催化和传感候选材料。该方法具有很好的普遍应用性，也可制备CoPt纳米球壳、NiPt和CoPt纳米碗、CoPt空心纳米球链等。.在成功合成超薄纳米球壳的基础上，改进实验方案，提出了在乙二醇体系中合成双元金属核壳结构纳米粒子方法，获得了Au@Ni和Au@Co核壳结构，提出了Ni壳层的外延生长机制。推广应用到Fe3O4纳米球壳和环链、镍钴混合氢氧化物核壳结构纳米环、Ni多级结构、Co2P纳米花、ZnS四足纳米结构等的研究，实现了形态、尺寸和微结构的可控制备，并对所制备材料的物理化学特性进行了较为系统的研究，观察到由于形状各向异性增强的磁各向异性以及有限尺寸效应等介观磁学特性，揭示了材料的微结构与宏观特性间的内在联系，推进原子结构与性能相互关系理论模型的构建和研究。.项目执行期间，在Nano Lett.、J. Mater. Chem.、Nanoscale、J. Phys. Chem. C、Appl. Phys. Lett.、CrystEngComm等刊物发表SCI论文28篇，其中影响因子影响因子5.0以上论文4篇，影响因子3.0-5.0论文10篇，另有4篇论文在审稿中；作为大会副主席、秘书长、分会主席等组织国际学术会议5次；国际学术会议口头报告和墙展报告共28次，包括Keynote报告1次，邀请报告8次；申请国家发明专利2项。培养博士研究生7名、硕士研究生4名，博士生李珩获北京市优秀博士学位论文，李珩、孙倩获教育部博士研究生学术新人奖，刘伟、孙倩获首届国际大学生材料显微结构摄影大赛一等奖，段嗣斌获2012纳米材料和纳米器件国际会议青年优秀论文奖。作为第二获奖人，项目负责人获教育部自然科学奖一等奖。