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纳米粒子具有特殊的电学、催化等性质,这些性质通常与其尺寸、形状、组成及表面结构等因素相关。因此,各种纳米结构的制备及其性质的研究受到了广泛的关注。然而,通过化学合成或者气相沉积制备的纳米结构由于存在保护剂或者粒子间相互团聚的影响,难以显示其最真实的性质。具有超高空间分辨率的扫描探针显微术(SPM),是实现单晶表面有序纳米结构构筑的重要手段。基于“jump-to-contact”机制的扫描隧道显微镜(STM)针尖诱导构筑的方法是目前分辨率最高的纳米构筑技术,可以实现单晶表面尺寸较小、有序且均匀的金属纳米结构的制备;同时,该技术在构筑过程中形成金属量子点接触,可用于金属原子线电子输运性质的研究。然而,受限于SPM技术构筑的表面纳米结构数目和有效的表征手段,对所构筑的表面纳米结构性质的后续研究仍十分有限。
本论文的工作主要围绕Au(111)表面钯(Pd)的纳米构筑及其电化学、电学性质的研究而开展,主要内容和结果如下:
1.利用基于“jump-to-contact”机制的STM构筑方法在自然形成的Au(111)表面构筑了Pd纳米团簇,并对其电化学稳定性做了相关研究。构筑的Pd纳米团簇直径在2~5nm,高度为0.3~0.6nm;通过对陶瓷管Z方向脉冲值大小的改变在一定范围内实现Pd纳米团簇大小的调节。此外,Pd纳米团簇的阳极溶出和阴极生长研究表明,Pd纳米团簇具有较体相Pd高的电化学稳定性,其原因很可能是其有着比体相更正的平衡电位。
2.运用“一滴溶液法”对构筑的Pd纳米团簇进行了电化学表征,并初步探索了其对甲酸的电催化性能。硫酸溶液中的电化学研究间接表明Pd团簇具有1~3层高度不等,且可能具有部分单晶性质。Pd纳米团簇对甲酸也表现出较好的电催化活性。
3.使用双通道毛细管改进了“一滴溶液法”实验装置,有效地缩小了电极接触面积,获得高质量Au(111)面在H2SO4中循环伏安(CV)曲线,并研究了Au(111)和Au(111)上UPD Pd对甲酸的电催化氧化。
4.利用电化学STM-BJ方法研究了偏压和电沉积速度对Pd原子线量子电导的影响,小偏压和慢的沉积速度有利于形成稳定的Pd原子线。经偏压和电沉积速度优化后,获得较好的Pd量子电导统计峰,电导值在1 G0左右。