近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員李越課題組和北京理工大學(xué)教授曲良體課題組合作，在核殼結(jié)構(gòu)的納米材料研究方面取得新進展，研制出構(gòu)筑尺寸均一的石墨烯包覆銅納米顆粒核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，其催化效率大幅提高，是金納米顆粒的14倍。相關(guān)研究成果以 Copper nanoparticle@graphene composite arrays and their enhanced catalytic performance 為題，在Acta Materialia（2016, 105, 59-67）上發(fā)表。
相比于單組份材料，由于核與殼的相互耦合，核殼結(jié)構(gòu)的納米材料（如以金屬顆粒為核，無機或有機材料為殼）的部分性能會大幅度提高。以貴金屬（鉑、金、 銀等）納米顆粒為核的核殼材料，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)、電化學(xué)及催化等領(lǐng)域。然而，貴金屬資源非常有限，且價格昂貴，在一定程度上制約了這類材料的大規(guī)模推廣 應(yīng)用。而銅資源豐富、價格低廉，在某些方面具有和貴金屬類似的性能，如較強的局域表面等離子共振，良好的電化學(xué)性能和催化性能等，因此銅納米顆粒被視為貴金屬納米顆粒理想的替代者。但是，目前合成銅納米顆粒的方法有一定局限性，例如銅納米顆粒尺寸的均勻性差，易團聚，不宜長時間保存，容易被氧化。這些問題 導(dǎo)致銅納米顆粒在實際應(yīng)用中受到很大的限制。
針對上述問題，研究團隊采用單層的膠體晶體為模板，通過磁控濺射沉積一層一定厚度的銅膜，在還原性和保護性氣氛下高溫退火，成功得到平方厘米級、顆粒尺寸均一的銅納米顆粒有序陣列。利用銅納米顆粒的還原性和氧化石墨烯的氧化性，采用一步法在銅納米顆粒表面制備2-3 nm厚度的石墨烯層。上述材料在對4-硝基苯酚到4-氨基苯酚的還原過程中，表現(xiàn)出高的催化性能和穩(wěn)定性，該材料在催化過程中還可被重復(fù)利用。更重要的 是，這種石墨烯包覆銅納米顆粒核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的催化效率比貴金屬納米顆粒提高很多，是現(xiàn)有文獻報道的金納米顆粒催化效率的14倍。上述優(yōu)異的催化性能主要是由于石墨烯具有豐富的π-π 鍵能與4-硝基苯酚發(fā)生共軛，有利于捕捉4-硝基苯酚分子；同時，石墨烯具有高的電子遷移率，利于加速反應(yīng)的進程。石墨烯殼層還可以保護銅納米顆粒不被氧 化，保持了高的穩(wěn)定性。
上述研究得到了“973”項目、國家自然科學(xué)基金和中科院科技創(chuàng)新“交叉與合作團隊”等項目的資助。
圖(a)與圖(b)分別是銅納米顆粒陣列和石墨烯包覆銅納米顆粒陣列的SEM照片；圖(c)與圖(d)分別是銅納米顆粒陣列和石墨烯包覆銅納米顆粒陣列的 TEM 照片；圖(e)從下至上的曲線分別為銅納米顆粒陣列、氧化石墨烯以及石墨烯包覆銅納米顆粒陣列的拉曼圖；圖(f)為石墨烯包覆的銅納米顆粒為催化劑，4- 硝基苯酚還原成4-氨基苯酚的過程。
所屬類別：
行業(yè)動態(tài)
該資訊的關(guān)鍵詞為：銅,納米,顆粒,石墨,烯核,殼,結(jié)構(gòu),材料,催化,
下載附件：
