直接合成面心四方FePt纳米颗粒的相变机制、阵列取向及磁性能

Face centered tetragonal (fct) phase FePt nanoparticles have wide application prospect in the fields of magnetic recording media, permanent magnet, hydrogen evolution reaction electrocatalyst, and nanometer bio-medicine. This project intends to analyze the microstructure of direct synthesized fct-FePt nanoparticles by high resolution transmission electron microscopy observation, point out the low temperature phase transition mechanism through decreasing of the activation energy for vacancy formation from the perspective of microstructure evolution. fct-FePt nanoparticles array monolayer will be assembled in large area by using LB technique or Block co-polymer patterns. The inherent relationship between stress field distribution and orientation for FePt monolayer will be investigated by the geometric phase analysis method, to reveal the mechanism of stress modulated orientation for FePt nanoparticles. The magnetic properties of self-assembled FePt nanoparticles array will be also simulated in detail by using the classical Monte Carlo simulation combined with first principles calculation. Through this study, FePt nanostructures with excellent magnetic properties could be yielded to lay the foundation for their potential applications.

面心四方（fct）相FePt纳米颗粒在磁记录介质、永磁体、电化学产氢催化剂、纳米生物医药等领域具有广阔的应用前景。本项目拟采用高分辨率透射电子显微镜同步分析直接合成fct-FePt纳米颗粒的微观结构，从微观结构演化角度阐明通过降低FePt空位形成能促进其低温相变的机制。运用LB膜或嵌段共聚物模版技术，实现fct-FePt纳米颗粒阵列单层膜的大面积自组装。采用几何相位分析方法，解析FePt单层膜应力场分布与取向的内在关系，揭示应力调控其取向的物理机制。采用经典蒙特卡罗模拟并结合第一性原理计算分析自组装FePt纳米颗粒阵列的磁学特性，获得具有优良磁性能的FePt纳米结构，为促进其应用奠定基础。

项目主要研究内容包括均匀小尺寸面心四方(fct)-FePtAg纳米颗粒的直接合成、磁性与相变机制，Cu掺杂对FePt 纳米颗粒结构、相变及磁性能的影响，fct-FePtCu核壳纳米颗粒的一锅法制备、微观结构、晶面取向、磁性能与催化性能，FePtCu合金纳米颗粒的结构尺寸磁性调制及电催化析氢性能研究，并拓展到FePt(CoPt)纳米颗粒负载ZnxCd1-xS半导体的结构与性能和3d过渡金属及其合金化合物纳米材料的结构与性能。低温（320℃）直接合成出具有尺寸均匀细小（3.5 ± 0.5 nm）的5.23 kOe高矫顽力的fct-FePtAg纳米颗粒；通过Cu元素掺杂低温一步合成出fct结构FePt纳米颗粒，矫顽力达到4.8 kOe，居同类材料体系最高。在高密度磁记录领域具有重要应用前景。发展了一锅多元醇解法低温一步合成出高矫顽力fct-FePtCu核壳纳米颗粒，具有更高的ORR活性和稳定性。第一性原理计算和球差校正透射电子显微镜分析表明，性能的提升与表面Pt原子的富集、硬磁相fct结构FePtCu壳层及其晶面取向密切相关。通过简单地改变铁前驱体的类型，实现了在8-27 nm范围内对FePtCu 合金纳米颗粒的相组成和粒径的控制，样品都表现为铁磁性，且与商业Pt/C电极相比具有更高的析氢催化活性，在电流密度为10 mA/cm2的过电位为10 mV、Tafel斜率为24 mV，达到了目前报道的贵金属基催化剂的最优性能之列，为合理设计金属合金电催化剂以实现高效水分解提供了新的思路。FePtCu纳米颗粒体系设计、制备技术及其应用领域的成果具有较高的原创性及应用价值。