STM针尖诱导铜表面纳米刻蚀与沉积

扫描隧道显微技术 ( STM)不但可在小至原子分辩的尺度上现场研究电极表面及其结构变化 ,还能对电极表面进行纳米尺度上的加工、修饰 [1～ 3] .由于 STM探针与被研究样品的表面仅相距～ 1 nm,探针附近区域电极 /溶液界面的结构和性质将不可避免地受到影响 .尽管人们已认识到针尖与样品表面不可忽视的相互作用 ,但利用该相互作用诱导纳米区域电化学反应的研究还很少 ,仅有半导体 Si[4～ 7] 和 Ga As[8] 表面基于强电场诱导或空穴注入的 STM针尖诱导纳米刻蚀等的报道 .本文在控制铜的电位负于其热力学平衡电位 ( Nernst电位 )的情况下 ,…     

适用于针尖增强拉曼技术的Au针尖的研制

采用针尖增强拉曼光谱技术(TERS)研究了刻蚀电位对Au针尖刻蚀效果的影响, 初步探讨了刻蚀过程的机理. 通过监控刻蚀过程中的振荡电流-时间曲线并与扫描电镜得到的结果比较, 发现可以直接利用电流-时间曲线简单地判断刻蚀后针尖的可能形状, 而无需再借助扫描电镜进行表征. 这不但提高了实验效率, 而且还可以避免针尖在转移和电镜表征过程中可能引入的污染. 研究结果表明, 在体积比为1:1的发烟盐酸和无水乙醇的刻蚀液中, 于2.2 V的电压下, 结合电化学方法控制终点可以得到形状对称尖锐的针尖. 这种针尖不但适合于TERS研究, 而且可用作STM针尖和微纳电极并用于其它针尖增强光学技术.     

Au(111)上Pd电沉积初始阶段ECSTM——PdSO_4溶液研究

应用电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)研究了PdSO4溶液中Au(111)电极表面Pd的电化学沉积过程.实验表明,Pd的沉积初始阶段在Au(111)电极表面依次生成两个满单层Pd膜,这一实验结果不仅与电位扫描一致,而且更进一步地证明了起初的两个Pd单层形成过程乃以层～层外延方式生长.高分辨的原子图像表明吸附的SO2-4离子在外延生长的Pd膜表面形成了有序的(3×7)R19°结构.     

基于石墨烯/Pd纳米粒子复合材料的甲醛传感器的研究

采用硼氢化钠常温一步还原法制备了石墨烯/Pd纳米粒子,以此复合纳米材料修饰玻碳电极为传感界面构建了一种新型的甲醛传感器。循环伏安法和计时电流法研究显示,在碱性条件下(0.1 mol/L KOH溶液),此传感器对甲醛有较好的电催化氧化作用。甲醛在4.0×10-4~5.3×10-3mol/L浓度范围内存在良好的线性关系,相关系数R=0.9934,检出限是1.3×10-4mol/L。     

STM针尖诱导构筑-置换两步法制备Pt表面纳米结构

STM“Jump-to-contact”针尖诱导表面纳米构筑是目前水溶液中具有最高分辨率的一种表面纳米构筑技术.然而,一些金属因其具有较高的内聚能而难以发生针尖原子向表面的转移,限制了该技术的广泛应用.本文建立了以STM构筑-置换两步法获得不能直接利用“Jump-to-contact”原理进行构筑的金属表面纳米团簇阵列,利用STM针尖“Jump-to-contact”诱导在Au(111)表面构筑Cu纳米团簇阵列,然后通过Pt-Cu置换的方法,制备出Au(111)表面的Pt纳米团簇阵列.     

取代烷基侧链长度对二维纳米结构的影响

合成了一系列烷基取代的间苯三酚衍生物,并在大气条件下用扫描隧道显微镜研究了它们在高定向裂解石墨表面的吸附和组装行为.实验结果表明,这些自组装分子具有条状结构特征.在链长较短的分子图像中,两条平行的烷氧基链肩并肩地排列在苯环的一侧,另一条烷氧基链则排列在苯环的另一侧,链与链之间彼此相互交错排列形成均一的烷基条带.当链长增加时,这种高稳定性和密排结构遭到破坏,出现单个分子和分子对共存的组装结构.这是由于烷基链与烷基链之间以及烷基链与基底之间的作用力共同决定的.通过调控分子烷基链的长度可以得到不同的表面二维纳米结构.     

碳纳米管表面修饰程度对其载Pd纳米粒子的电催化氧化水合肼性能的影响

比较了未氧化处理与经浓硝酸或混酸(浓硫酸与浓硝酸体积比为1∶1)处理后的不同多壁碳纳米管(MWNTs)为载体的Pd催化剂(Pd/MWNTs)对水合肼氧化的电催化性能. 光谱表征和电化学测试结果表明, MWNTs表面不修饰或修饰程度过大都不利于金属Pd纳米粒子的沉积. 浓硝酸处理使MWNTs表面修饰的含氧基团适中, 能够促进负载的Pd纳米粒子均一分布, 因此提高Pd/MWNTs催化剂对水合肼的电催化性能. 相反, 混酸处理使MWNTs表面产生的含氧基团过多, 导致金属Pd纳米粒子部分聚集, 从而降低Pd/MWNTs催化剂对水合肼的电催化性能.     

电纺Pd纳米粒子/碳纳米纤维复合材料对甲醇的电催化氧化研究

利用静电纺丝技术制备了含有乙酰丙酮钯(Pd(Ac)2)前体的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,经H2还原和900℃碳化处理得到了Pd纳米粒子负载的碳纳米纤维复合材料(Pd/CNF).此方法中,CNF的制备和Pd纳米粒子的形成是同步进行的,无需对碳载体进行任何预处理,实现了纳米粒子负载CNF的一步制备,简化了实验步骤的同时确保CNF载体骨架的完整性.扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析表明,大小均一的Pd纳米粒子牢固地分散在CNF表面,其粒径约为60 nm.X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征了Pd/CNF的晶体结构.Pd纳米粒子以单质态形式存在,具有面心立方体结构.通过循环伏安法(CV)和计时电流法等电化学方法研究了Pd/CNF复合材料对甲醇的电催化氧化情况,Pd/CNF对甲醇氧化显示出优异的催化活性和稳定性,优于商业化Pd/C催化剂.     

Pd微电极阵列表面纳米薄膜的方波电位制备及其特殊的红外性能

制备了单根可寻址Pd微电极阵列,运用方波电位法对阵列上每根Pd微电极处理不同时间,诱导生成一系列不同纳米结构的Pd薄膜.以CO为探针分子,结合原位显微傅里叶变换红外反射光谱进行表面组合电化学研究,一次性地获得CO吸附在不同纳米结构Pd薄膜上的红外光谱.观察到随方波电位法处理时间的逐步增加,桥式吸附态CO的红外光谱峰从正常吸收光谱到类Fano光谱,再到异常红外光谱的转变过程.结合扫描电子显微镜观察纳米薄膜的形貌,发现不同红外光谱特征都对应着特定的纳米结构.     

Nanostructuring of Rare-earth-based Single-Molecule Magnets as Long-range Ordered Arrays in the Framework of Organic Metal Halide Perovskites

The nanostructuring of single-molecule magnets (SMMs) on substrates, in nanotubes and periodic frameworks is highly desired for the future magnetic recording devices. However, the ability to organize SMMs into long-range ordered arrays in these systems is still lacking. Here, we report the incorporation of magnetic (RECl₂(H₂O)₆)⁺ (RE=rare earths) molecular groups into the framework of an organic metal halide perovskite (OMHP)—(H₂dabco)CsCl₃. Intriguingly, we show the incorporated rare-earth groups self-organized into long-range ordered arrays that uniformly and periodically distributed in the A sites of OMHP. The ordered (RECl₂(H₂O)₆)⁺ groups serve as SMMs in the perovskite frameworks, exhibiting large effective magnetic moment, moderate magnetic anisotropy and two-step relaxation behavior. With the additional merit of great structural flexibility and multifunction of OMHPs, the preparation of the first SMMs@OMHP magnetic materials furthers the development of molecular spintronics.     

吡咯在HOPG上电聚合机理的ECSTM现场观测

电聚吡咯过程机理的研究,多年来由于仪器的限制仅限于从间接的方式获得证据,为了得到溶液中真实的电聚吡咯过程信息,我们用自制的ECSTM仪器首次对电聚吡咯成膜的全过程跟踪观测,得到了有意义的结果。 1 实验条件 ECSTM仪器是本实验室在中科院北京电子显微镜实验室制造的STM基础上     

高择优锌-镍合金电沉积的现场ECSTM研究

采用"二步包封"法制备了性能良好的电化学STM针尖.以此为基础采用ECSTM现场研究了工艺条件下HOPG上高择优锌-镍合金的电沉积过程.研究结果表明这种高择优沉积层以侧向生长方式生长,而表面上电化学活性差的晶面构成了晶体生长过程的保留面,从而进一步形成了与基底表面方向一致的高择优沉积层,X射线研究表明这一择优面为(100)晶面.     

STM和ECSTM探针的制备及探针对图象的影响

本文综述了扫描隧道显微镜(STM)以及现场电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)探针的制备方法,并对相应探针制备方法的优缺点以及探针性能对图象影响方面的进展进行了评述。     

铜在HOPG上电沉积过程的现场ECSTM研究

用自制的电化学扫描隧道显微镜（ＥＣＳＴＭ）现场研究Ｃｕ在ＨＯＰＧ上的电沉积过程．结果表明Ｃｕ在ＨＯＰＧ上的电沉积为三维成核的过程．当电位较低或Ｃｕ２＋离子浓度较低时，铜在本体金属生长主要沿着台阶方向．过电位较高时，铜的成核数目增加，沉积层的晶粒有所细化．同时，非现场ＥＣＳＴＭ比较研究表明，ＳＴＭ针尖对针尖局部区域的电沉积起屏蔽作用，针尖所在区域Ｃｕ的沉积速度比其它区域明显减小     

亚纳米级的Pd团簇的简易合成:Pd/PEG-PNIPAM复合物及其Suzuki反应中的极高催化性能

由于纳米材料的小尺寸效应,在异相催化剂中,超小的催化剂颗粒往往具有很好的催化性能,多种多样的合成稳定的小纳米颗粒的方法如百花齐放地报道出来.在这些合成方法中,为了防止小颗粒的长大,往往需要稳定剂,常用的稳定剂如功能性纳米材料,树枝状分子等.但是,由于其稳定性较差,制备超小的纳米颗粒往往非常困难,表面吸附的稳定剂也会影响其催化活性.Suzuki反应在现代精细化工合成中具有非常重要的地位.合成容易回收分离的且足以催化氯苯的异相Pd催化剂,将是一个重大的突破.我们使用单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)方法,合成了夹心型的PEG-PNIPEM聚合物,PNIPAM聚合在PEG-1的两端,两端都连接了25个NIPAM分子.通过氢核磁共振(1H NMR),凝胶渗透色谱(GPC)和傅里叶变化红外光谱(FTIR),我们证明了PNIPAM已经成功地接枝在PEG的两端,PEG-PNIPAM的数均分子量Mn,GPC为7841.通过简单的负载流程,我们将Pd纳米颗粒成功的地负载在PEG-PNIPAM共聚物上,得到Pd/PEG-PNIPAM催化剂,Pd的负载量为4.4 wt％.在透射照片中,PEG-PNIPAM看起来像一个薄薄的片层.Pd的团簇颗粒很小,最大约2 nm.我们测量了制得的催化剂Pd/PEG-PNIPAM水溶液随着温度变化的光透过率曲线,最后确定该材料的LCST为41℃.我们认为在温度高于LCST进行反应时,催化剂的载体由亲水变成亲油,这样亲油的反应物分子将容易向催化剂载体扩散并富集.催化剂会形成一个亲油的微环境富集反应物,并形成反应微环境将大大提高催化速率.该催化剂在Suzuki反应中表现出了极好的催化能力.使用该催化剂催化Suzuki反应,我们发现苯硼酸和碘苯在80℃反应时10s内即可完全转化,TOF为4.3× 104 h-1.对于异相Pd催化剂而言,达到这个TOF是非常难得的,可与活性很高的均相催化剂比拟.室温下催化速率明显减慢,但也仍在1 min内转化完全,TOF为7.2×103h-1.当加大反应物的量,反应物/催化剂的比从120增加到1600,反应在3 min内达到100％转化,TOF为3.2× 104 h-1.即使使用苯硼酸和氯苯进行反应,也在5 min内达到了65％的转化.异相Pd催化剂催化氯苯的Suzuki反应是很难进行的,表明该纳米材料具有极佳的催化活性.然而,在催化苯硼酸与碘苯的连续3次反应中,催化剂的活性明显降低,直至失活.使用后的催化剂颗粒长大至几百纳米,许多小颗粒被包裹于其中.Pd颗粒有所长大,PEG-PNIPAM相互缠绕发生团聚,这也就是催化剂失活的原因.由于Pd/PEG-PNIPAM复合物可以通过其温度响应性回收,我们认为其在高效催化方面具有很好的应用前景.     

NHC Polymeric Particles Obtained by Self-Assembly and Click Approach of Calix[4]Arene Amphiphiles as Support for Catalytically Active Pd Nanoclusters

A new polymeric NHC carrier was synthesized by sequential supramolecular self-assembly and copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) of amphiphilic imidazolium calix[4]arenes with octyl lipophilic fragments. Obtained polytriazole-imidazolium particles were found as monodisperse submicron particles, with the average diameter of 236 ± 34 nm and average molecular weight of 1380 ± 96 kDa. Successful CuAAC polymerization has been proved using IR spectroscopy and high-resolution ESI mass spectrometry. Polymeric particles, as well as aggregates made from precursor macrocycles, were decorated by Pd clusters (2 nm) for further catalytic investigations. Pd nanoclusters, supported on the polymeric surface, were found highly catalytically active in the model reduction of p-nitrophenol, giving reaction rates an order of magnitude higher compared to literature examples. The reaction was recycled using the same catalyst five times without any loss of activity.     

嵌入Y型分子筛中钯簇合成与结构的研究

Pd clusters encaged in Y-zeolite (Pd0Y) have been prepared by means of exchanging zeolite HY with [Pd(NH3)4]2+ under microwave radiation. The product formed was deaminized by heating, washed sufficiently with de-ionized water and reduced with hydrogen. The crystal phase diffraction of Pd was not found in the XRD spectrogram of Pd0y. According to polycrystal X-ray diffraction data. Radial Electron Distribution Function (REDF) of Pd0Y was calculated to elucidate the structure of Pd cluster. The results show that the Pd clusters are of the Al type closely packed arrangement. The dimension of them is about 12 Å. They are encaged in the supercage of zeolite Y. Their occupancy on the supercage is as small as 0.06 so that the framework structure of zeolite Y is unchanged. Therefore, the high dispersing Pd cluster aggregating in supercage exhibit strong catalytic effect. The CO-conversion of Pd0Y with Pd 0.72% and 6.13% (in mass fraction) is 67 % and 100 % (in volume fraction) respectively. Evaluation conditions:
mixed gas containing 0.02% CO and air,
space velocity 3000 h-1,
reaction temperature 0 ℃.     

嵌入Y型分子筛中钯簇合成与结构的研究

经微波交换-焙烧-氢还原等过程制备了嵌入Y型分子筛中的钯簇化合物（Pd0Y）应用径向电子分布函数法（RedialElectronDistributionFunction），就其钯原子簇化合物进行了结构的研究．结果说明，嵌入Y型分子筛中的钯原子以A1型密堆积方式排列，聚集成约12大小的原子簇，嵌在Y型分子筛超笼之中．分子筛骨架的作用使族之间分立存在．它在超笼之中的占有率仅为0.06因此Pd0Y化合物既有纳米级金属钯的性能，又有分子筛固有的孔道结构特征．如此含有钯簇的分子筛化合物对一氧化碳完全氧化的反应具有超常的催化活性．     

H2-free Semi-hydrogenation of Butadiene by the Atomic Sieving Effect of Pd Membrane with Tree-like Pd Dendrites Array

H₂-free semi-hydrogenation at room temperature shows great advantage for replacing the thermocatalytic process in industry owing to the high energy and resource saving, however, remains great challenges. Herein, a tree-like Pd dendrites array decorated Pd membrane was constructed as the core device in an electrochemistry assisted gas-fed membrane reactor for butadiene semi-hydrogenation. It reveals that hydrogen atomic sieving effect of this Pd-based membrane under electrochemical condition was the key for semi-hydrogenation. The configuration study of Pd nanostructured membrane demonstrates that the penetration of hydrogen atoms through Pd membrane from electrochemical side to chemical side is affected by the consumption of hydrogen atom in semi-hydrogenation step. Such atomic sieving property of nanostructured Pd membrane with 5.1 times increase in catalytic active surface area brings above 14 times higher in butadiene conversion than that of bare Pd foil, with ≈90 % of butenes selectivity at butadiene conversion ≈98 % over 300 h of H₂-free reaction under 15 mA cm⁻².