免费论文：双元金属磁性纳米材料的微结构调控与特性研究

作为当今最为重要应用材料之一的金属材料在最近几十年来受到了极大的关注，人们在不同研究领域中发现了其各种各样的特性，如：催化性能、光学性能、磁学性能等。在纳米尺度上，材料所显示出的光学、电学、磁学等性能往往极大地优于其宏观尺寸块材的性能。然而由于纳米材料的粒径小、比表面积大、表面活性高，在保存时易于发生团聚而失去原有的特性；结构、成分单一的纳米材料在性能上也往往难以满足实际应用的需要。因此，我们可以通过在纳米及原子尺度上对材料的结构和组成进行设计和剪裁，合成具有合金、核壳结构的单分散金属纳米材料，这将有助于多功能复合材料的发展。Au、Pt等贵金属材料在催化及光学性能上已经得到了广泛地研究，然而由于成分单一，其催化及光学性能应用范围非常有限。处于第八副族的Fe、Co、Ni过渡金属元素因其磁学性能而倍受关注，最近研究结果表明，具有催化性能的过渡金属元素与传统光学、催化材料的贵金属元素在纳米尺度结合时，显现出了引人注目的协同效应。这种材料间在电子尺度的相互作用极大地提高了材料的物理化学性能，并且磁性的引入进一步提高了纳米金属材料的可控性，这使得纳米材料向工业化应用又迈进了一大步。贵金属/磁性金属双元金属纳米材料不仅为研究材料内部的微观作用机制而引发的协同效应提供了研究对象，其制备与合成机理及微观结构的研究更有助于材料物理、材料化学的深入发展。本文主要对双元金属纳米复合材料的合成、制备方法进行了探索，尝试在相对清洁环保的水相溶液中合成了多种组成、结构、形貌的双元金属纳米粒子；在此基础上针对双元金属纳米粒子的催化、磁学等物理性质进行了测试研究；并从原子尺度分析解释了所合成纳米结构的生长机理，从理论层面上分析总结了实验结果，主要研究内容分为以下几个方面：1．在一种低毒环保的乙二醇体系中，通过简单的化学方法合成了具有二十面体规则形貌与均匀大小的Au纳米粒子，并通过外延生长法在外层包覆了Ni纳米层，最终合成了具有规则外形的Au@Ni核壳纳米结构。其中Au纳米粒子尺寸在10 nm – 20 nm之间分布，壳层厚度约3 – 5 nm。我们通过将高分辨电子显微图像与理论模拟相结合，分析解释了Au纳米结构与Ni壳层的外延生长机制，并通过定量实验结果证明了我们关于Au@Ni核壳结构形成机制的设想。对Au@Ni核壳纳米结构的磁学性质进行的测试分析结果表明：样品在350 K的温度下已经出现了超顺磁的物理性质，这与我们进行的理论模拟计算结果Tc=339 K一致，说明了理论模拟计算在实际纳米性能研究中具有实用价值。2．在水体系中发展了一种简单的方法合成了NiPt双元合金纳米球结构，并通过实验条件的控制实现了NiPt合金球纳米结构的空心实心转变，并就实验条件对纳米结构均匀性、分散性及形貌的影响进行了研究分析，制备了粒径约60 nm的均匀尺寸纳米粒子。在此基础上，我们对NiPt纳米粒子的甲醇氧化性能进行了测试研究，实验结果显示NiPt纳米球状结构相比于纯Pt纳米颗粒具有更高的催化活性与更好的抗毒化性能。3．发展了水与乙二醇两种简单、清洁的化学体系，合成了多种形貌的Au纳米粒子，并着重研究了表面活性剂对Au纳米粒子形貌的影响，深入分析了不同表面活性剂对Au纳米粒子不同生长面的作用与形成Au纳米粒子形貌的关系。此外，还简单探讨了反应体系的连续性对合成核壳结构纳米粒子的影响，为设计合成核壳纳米结构的化学技术路线提供了一种可行的办法。

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