大連化物所在納米粒子氧化機理研究中獲新發(fā)現(xiàn)

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曉木蟲

大連化物所在納米粒子氧化機理研究中獲新發(fā)現(xiàn)

摘要: 　　近日，中國科學院大連化學物理學習所學習員包信和、楊帆團隊首次提出“動態(tài)尺寸效應(yīng)”決定納米粒子穩(wěn)定機制，相關(guān)學習成果發(fā)表在自然-通訊（Nature Communications，DOI:10.1038/ncomms14459）上�！　鹘y(tǒng)認識 ...

　　近日，中國科學院大連化學物理學習所學習員包信和、楊帆團隊首次提出“動態(tài)尺寸效應(yīng)”決定納米粒子穩(wěn)定機制，相關(guān)學習成果發(fā)表在自然-通訊（Nature Communications，DOI:10.1038/ncomms14459）上。
　　傳統(tǒng)認識中，納米材料隨尺寸減小、缺陷密度增高帶來高反應(yīng)活性，但也會隨之犧牲長期的穩(wěn)定性。關(guān)于納米材料在氣氛下或反應(yīng)中的穩(wěn)定性，尤其是對催化反應(yīng)具有重要意義的5nm以下活性納米結(jié)構(gòu)，一直以來都不足在原子尺度上的微觀機理學習。
　　該學習團隊通過在Pt（111）表面構(gòu)建不同尺寸、結(jié)構(gòu)高度規(guī)整的FeO納米結(jié)構(gòu)并學習其深度氧化的動力學，發(fā)現(xiàn)直徑3nm以下的FeO納米粒子表現(xiàn)出更好的抗氧化能力。利用高分辨掃描隧道顯微鏡（STM）結(jié)合DFT理論計算，該團隊首次發(fā)現(xiàn)了尺寸相關(guān)的納米結(jié)構(gòu)動態(tài)變化及其在納米粒子氧化過程中的決定性作用。學習還發(fā)現(xiàn)，尺寸在3.2nm以下的FeO納米粒子在邊界的配位不飽和Fe2+解離O2的同時會發(fā)生整體的再構(gòu)，使解離的氧原子穩(wěn)定在邊界而難以鉆入FeO和Pt之間的界面，從而減緩了FeO的深度氧化過程。而對于尺寸在3.2nm以上的粒子，由于無法完成整體再構(gòu)，形成表面位錯且難以穩(wěn)定邊界氧原子，反而更容易被進一步氧化。也就是說，小納米粒子在反應(yīng)中更容易動態(tài)變化，達到相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，這種“動態(tài)尺寸效應(yīng)”使小納米粒子表現(xiàn)出了反常穩(wěn)定性。此外，該學習團隊還學習了負載在Pt（111）或Au（111）上的CoO納米結(jié)構(gòu)，也發(fā)現(xiàn)了類似的3nm以下粒子的抗氧化行為，說明這種動態(tài)尺寸效應(yīng)對于負載型過渡金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)具有一定的普適性。該項學習不僅為納米催化劑在氣氛下的動態(tài)重構(gòu)機制帶來了原子級認識，也為發(fā)展抗腐蝕抗氧化納米防護涂層提供了一種新的界面調(diào)控思路。
　　上述學習得到國家自然科學基金委、科技部、中科院、納米科學卓越創(chuàng)新中心和教育部能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
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