先进功能材料制备与表征团队
先进功能材料制备与表征团队
【骨干成员】
王荣明 北京科技大学教授
【研究背景】
在材料科学的诸多领域中，材料的可控合成是材料学研究的基础。在特征尺度上深刻理解纳米结构生长过程是实现材料可控合成的基石。通常人们利用透射电子显微学和其他原子尺度表征方法配合纳米材料制备方法来推断生长机理，然而纳米结构的这种表征一般是在生长完成以后进行的。这种事后分析技术不能实时反映出所需观测的纳米结构的演化。通过在环境气氛透射电子显微镜（ETEM）中模拟纳米晶体生长的物理化学过程，结合球差校正技术，可以在原子尺度原位观察晶体生长过程中的动态原子迁移、原子结构和电子结构演变过程等，为研究晶体生长机制、解释微结构形成机理提供了直接的实验证据。
【研究目标】
本团队旨在建立低维功能材料高通量制备和表征的表面动力学科学仪器簇群以及原子分辨多场耦合效应的原位表征系统与技术，开展过渡金属及其化合物纳米材料和异质结的高通量制备、原位表征，结合模拟计算，研究其构效关系和性能优化，推进过渡金属及其化合物纳米材料在电催化（如析氢、析氧）、气体传感（如氢气敏感）、太阳能电池等领域的应用。
【主要研究内容】
1. 低维功能材料生长、构性调控与原位表征
2. 材料在环境气氛和多场耦合下原子分辨结构演化和缺陷调控
3. 材料在模拟环境气氛和使役条件下结构和性能演化的高通量计算
【重要研究进展】
原子分辨、多场耦合条件下材料成核、生长和反应过程的原位表征方法
依托环境气氛球差校正透射电镜（FEI Titan ETEM G2），建立了具有原子空间分辨、毫秒时间分辨的表征材料成核、生长和结构演化的原位表征平台，发展了表征材料原子结构pm精度位移测量的定量电子显微学方法和复杂结构体系材料的三维原子结构表征方法，开展了在温度场、环境气氛（Ar、N2、CO、CO2、H2、CH4等）和电子束辐照等多场耦合条件下材料的控制合成、结构演化和反应过程的原位表征探索研究。观察到Au纳米颗粒在MoS2表面的旋转、表面原子迁移等现象，发现Au颗粒在电子束辐照下的加速择优取向和聚合生长，形成Au枝晶在MoS2表面的外延排列 [Nano Research 12 (2019) Doi://10.1007/s12274-019-2329-4]。
图1 左：基于环境气氛球差校正透射电镜的原位表征平台；右：Au颗粒在电子束辐照下的加速择优取向和聚合生长
2. 表面动力学科仪簇群高通量材料制备系统与技术
采用科仪簇群理念协同性将前沿表面化学成份与电子结构调控科仪工具跟前沿表面化学与物理表征科仪工具集成结合成为多功能科仪簇群，是科仪发展的创新。初步搭建了集成原子 层沉积（ALD）技术，组合超热粒子束系统以及XPS的表面动力学科仪簇群系统。能开展低维功能材料的高通量制备和原位表征；样品可在不受外界环境影响下直接转入XPS系统进行原位表征。为过渡金属及其化合物纳米材料的结构与物性关系研究提供了进一步的信息。也为我国在自主研发的科学仪器设计与建造能力的提升起到了积极作用。
图2 表面动力学科仪簇群系统
1.发表论文
序号 | 论文名称 | 发表刊物 | 发表 时间 | 收录类别 | 作者 |
1 | Pd–Zn nanocrystals for highly efficient formic acid oxidation | Catalysis Science & Technology | 2018.01 | SCI | Xinran Zhang, Hongsheng Fan, Jinlong Zheng, Sibin Duan, Yunxia Huang, Yimin Cui, Rongming Wang |
2 | Magnetic field modulated SERS enhancement of CoPt hollow nanoparticles with sizes below 10 nm | Nanoscale | 2018.07 | SCI | Yinong Wang, Qing Liu, Yinghui Sun and Rongming Wang |
3 | Probing Evolution of Local Strain at MoS2-Metal Boundaries by Surface-Enhanced Raman Scattering | ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES | 2018.11 | SCI | Yan Aung Moe, Yinghui Sun, Huanyu Ye, Kai Liu, Rongming Wang |
4 | Nanostructure Optimization of Platinum-Based Nanomaterials for Catalytic Applications | Nanomaterials | 2018.11 | SCI | Sibin Duan, Zhe Du, Hongsheng Fan, Rongming Wang |
5 | Low Pt Alloyed Nanostructures for Fuel Cell Catalysts | Catalysts | 2018.11 | SCI | Shuoyuan Huang, Aixian Shan, Rongming Wang |
6 | Efficient electrocatalytic reduction of CO2 to CO on an electrodeposited Zn porous network | Electrochemistry Communications | 2018.12 | SCI | Yu Lu, Bin Han, Chongchong Tian, Jian Wu, Dongsheng Geng, Dawei Wang |
7 | Metallic 1T-MoS2 nanosheets and their composite materials: Preparation, properties and emerging applications | Materials Today Energy | 2018.12 | SCI | Subramaniam Jayabal, Jian Wu, Jiaye Chen, Dongsheng Geng， Xiangbo Meng |
2.出版专著
序号 | 专著名称 | 出版社 | 出版 时间 | 作者 |
1 | Progress in Nanoscale Characterization and Manipulation | Springer | 2018.08 | Rongming Wang, Chen Wang, Hongzhou Zhang, Jing Tao, Xuedong Bai |
2 | Layered Materials for Energy Storage and Conversion | Royal Society of Chemistry | 2019.01 | Dongsheng Geng, Yuan Cheng, Gang Zhang |
3.科研奖励
序号 | 奖项名称 | 颁发单位 | 等级 | 获奖成果名称 | 获奖时间 |
1 | 全球高被引科学家 | 美国科睿唯安 | 国际 | 全球高被引科学家（交叉学科领域） | 2018 |
2 | 全球高被引科学家 | 美国科睿唯安 | 国际 | 全球高被引科学家（交叉学科领域） | 2018 |