核壳双金属纳米结构热扩散机理的同步辐射研究

纳米核壳结构作为一种具有特定功能性质的新奇纳米结构材料，在一系列科学和技术领域具有极其广泛的应用前景。实现对金属纳米核壳结构的精确控制是得到具有特定性能的纳米功能材料的前提，建立核壳原子间的扩散模型，理解原子间扩散机理对于精确控制核壳结构和实现性能调控将起到至关重要的作用。然而，一直以来缺乏对这种原子扩散的方式、途径以及动力学过程的详细了解,在一定程度上阻碍了人们更深入地实现对其结构和性能的调控。因此，从原子尺度上直接观察原子间的互扩散行为是当前急需要解决的重要问题。本项目拟利用核壳材料这种新型的纳米结构作为原型，综合利用高温原位的同步辐射谱学（XAFS和XRD等）技术研究核壳结构在高温下原子扩散的动力学过程，直接观察核壳结构的物相和组成以及局域原子结构的变化规律，深入研究原子间扩散的动力学过程，为实现精确控制核壳结构的组成和性能调控提供实验基础和理论依据。

伴随着纳米科技的快速发展，人们对纳米材料的制备、性能及应用提出了更新更高的要求。将两种金属材料在纳米尺度上进行复合，可以提高整个材料的化学稳定性和热稳定性，而且还能产生新的特性及改变其表面性质，其中核壳结构双金属纳米材料就是最典型的代表。核壳结构双金属纳米材料不仅具有保持原有金属芯核的物化性能，而且还具有包裹层优良的金属特性，其制备与性能研究是材料科学、化学、凝聚态物理等学科研究的前沿热点之一。若能实现对于核-壳结构双金属纳米材料的可控合成方法，对于推动其制备、性质研究及应用研究具有重要的意义。制备核壳结构双金属纳米颗粒并对其进行相关表征研究是本文研究的主要内容。 通过三年来课题组成员通力合作我们取得了以下重要成果：1）通过合理的调控表面活性剂和还原剂等反应条件，制备出一系列具有不同核和壳维度和组成的单分散A@B(A=Ag,Cu,Co；B=Au)核-壳纳米颗粒，为研究原子间的高温扩散规律提供合适的结构原型。通过改进和调节化学液相法初始反应条件，选择具有代表性的的金属元素Ag和Cu作为内核，在已制备的不同尺寸单质颗粒表面连续还原包覆贵金属Au原子，形成不同维度的双金属核壳结构。2）高分辨电子显微镜(HRTEM)、高角环形暗场扫描透射电镜（HAA DF-STEM）表征A@B(A=Ag,Cu,Co；B=Au)核壳结构的形貌、尺寸（核的大小和壳的厚度）、单分散性。确定合成的纳米颗粒为真正的二元金属核壳结构。.3）高温原位XAFS和XRD技术研究各种核壳双金属纳米结构在升温向合金转变过程中的电子结构和原子结构变化，从原子水平上明确两种不同元素原子间的扩散规律和动力学过程，为实现控制核壳纳米结构以调控其性能提供实验基础和理论依据。