[00105607]三元过渡金属氮化物介孔纳米晶体的合成及性能研究

该项目为国家自然科学基金资助面上项目（项目批准号：51572032）。该项目主要研究成果如下：

1. 无序及有序介孔结构的三元过渡金属氮化物纳米晶体合成工艺的探究系统研究了不同过渡金属组分及比例 AxByN 型的三元过渡金属氮化物介孔材料可控生长的工艺条件及生长机理，明确初始反应物组分、形貌及尺寸，模版剂的有无、种类、添加比例及其祛除的时间与方式，程控升温氮化过程中温度程序的变化、反应气体种类及其流量速度等工艺参数，与 AxByN 产物组分、形貌以及孔径结构的分布与保持行为之间的内在规律，建立了大规模制备组分可调的三元过渡金属氮化物介孔纳米材料的实验模型。

2. 三元过渡金属氮化物晶体结构及电子态密度与生长条件之间的规律研究系统分析了并研究三元过渡金属氮化物纳米晶体中，不同过渡金属离子在晶格结构内部以及晶体表面的分布及其价态变化与晶体组分、形貌与孔径分布之间的内在联系，进一步明确了生长条件对三元过渡金属氮化物纳米晶体结构特性的影响。在确定晶格结构、过渡金属元素化学价态以及金属-金属键、金属-氮原子间化学键长度随组分等参数变化的基础上，结合密度泛函理论计算分析，阐明了过渡金属元素费米能级附近电子态密度变化与其提供 d 电子能力之间的本质规律。

3. 三元过渡金属氮化物介孔纳米晶体的电化学性能及其相关机理研究：系统研究了三元过渡金属氮化物介孔纳米晶体酸性和碱性环境下，氢析出反应及氧还原反应中的催化活性、稳定性及抗中毒能力；结合电化学反应的 Tafel 斜率、交换电流密度、转移电子数目等特征参数进行分析，明确了此类过渡金属介孔纳米晶体的氢析出及氧还原电化学还原多步骤反应过程，揭示了限定步骤的动力学速率与氮化物介孔纳米晶体的组分、形貌与孔结构分布之间的构-效关系。进一步探索了其在基于氧化还原过程的超级电容器中的电容性能表现，阐明了三元过渡金属氮化物与单金属氮化物电催化性能及机理的区别与联系，获得开发新型多功能三元过渡金属氮化物介孔纳米晶体电极材料的关键性实验与理论依据。