【技术实现步骤摘要】
本申请属于表面模型催化，具体涉及一种选择性暴露晶面的单晶模型催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、通过表/界面调控策略制备高活性、高稳定性、低成本的电催化剂，并进一步系统研究催化剂的微纳结构与催化活性之间的“构效关系”，有助于深入开展催化剂的理论研究，为进一步推进其未来商业化应用提供科学指导。
2、催化剂具有不同的晶面，不同的晶面可以表现出不同的反应性能。单晶具有明确的表面组成和结构，因此基于单晶表面的研究有助于从原子、分子层次上获得表面物种吸脱附、成断键和明确的构效关系。基于不同的单晶表面的模型研究能够有效建立催化剂暴露晶面与其催化性能之间的关系，同时也能获得晶面决定的催化机理。因此，研制暴露不同晶面的完美单晶作为模型催化剂，表征催化表界面过程，构成了单晶模型催化研究的主要内容。
3、目前，一般所能购买的用于模型催化研究的单晶晶面种类有限，常见的多为稳定且易于获取的晶面，高品质的特定晶面难以获得；并且有些晶面并不稳定存在，在制备或存储过程中容易转变为稳定晶面，这些桎梏都限制了不同晶面模型催化研究的开展。近年来，纳米晶可控合成技术的发展也推动了模型催化在晶面方面的研究，通过合成手段来实现催化剂尺寸、形貌和组成的调控，从而选择性暴露催化剂的某个晶面以研究催化剂的构效关系。但纳米晶合成使用湿法化学合成，涉及到复杂的有机溶剂前驱体，帽化剂、液相溶剂等，离心分离纳米晶时也存在晶粒破碎等问题，这些工艺过程中更存在溶剂残留的问题，导致本征活性被抑制。所以，虽然纳米晶方面目前已经做了很多工作，但仍然存在问题，缺乏对
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种选择性暴露晶面的单晶模型催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的能购买的用于模型催化研究的单晶晶面种类有限，且部分晶面不稳定，无法满足晶面催化性能研究需求，纳米晶可控合成技术操作复杂，易出现晶粒破碎和溶剂残留的技术问题。
2、为了实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：
3、提供一种选择性暴露晶面的单晶模型催化剂的制备方法，包括：
4、基于目标单晶模型催化剂，选择单晶基底；
5、基于目标晶面，构建能暴露所述目标晶面的的图形化方案；
6、在所述单晶基底上制备光刻胶层，通过激光直写技术在所述光刻胶层上制备所述图形化方案的电极图形；
7、以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述单晶基底形成所述图形化方案的3d图形，去除剩余光刻胶，得到暴露所述目标晶面的目标单晶模型催化剂。
8、在一个或多个实施方式中，所述目标单晶模型催化剂包括金属单晶模型催化剂、金属合金单晶模型催化剂、氧化物单晶模型催化剂或氮化物单晶模型催化剂。
9、在一个或多个实施方式中，所述光刻胶为热敏光刻胶。
10、在一个或多个实施方式中，所述在所述光刻胶层上制备所述图形化方案的电极图形的步骤包括：
11、通过激光直写或电子束光刻在所述光刻胶上绘制所述图形化方案的电极图形，以使所述电极图形处的所述光刻胶敏化；
12、洗去敏化的所述光刻胶，得到包括所述图形化方案的电极图形的光刻胶层。
13、在一个或多个实施方式中，所述以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述单晶基底的步骤中，所述刻蚀为离子束刻蚀。
14、在一个或多个实施方式中，所述去除剩余光刻胶的步骤具体为用乙醇、丙酮、异丙醇交替洗涤去除剩余光刻胶。
15、在一个或多个实施方式中，还包括：
16、将所述目标单晶模型催化剂置于真空环境内依次进行高温退火以及氩刻清洁。
17、为了实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：
18、提供一种采用上述任一实施方式所述的制备方法制备得到的单晶模型催化剂。
19、为了实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：
20、提供一种采用上述任一实施方式所述的制备方法制备得到的单晶模型催化剂在表面催化研究上的应用。
21、区别于现有技术，本申请的有益效果是：
22、本申请的选择性暴露晶面的单晶模型催化剂的制备方法可以简单快速的定制不同晶面的暴露，且无需掩模版即可以实现多种晶面的精密构造，在修改设计方案或个性化定制方面具有很大的优势，可以实现任意形状、从纳米到毫米的不同数量级长度尺度上材料的微纳结构制备；并且，上述方案获得的暴露目标晶面的目标单晶催化剂具有平整的表面和不同比例的不同晶面，可作为模型进行催化剂表面性能的研究，并探索催化剂的纳米结构与电催化活性之间的构效关系。
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1.一种选择性暴露晶面的单晶模型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述目标单晶模型催化剂包括金属单晶模型催化剂、金属合金单晶模型催化剂、氧化物单晶模型催化剂或氮化物单晶模型催化剂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为热敏光刻胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在所述光刻胶层上制备所述图形化方案的电极图形的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述单晶基底的步骤中，所述刻蚀为离子束刻蚀。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除剩余光刻胶的步骤具体为用乙醇、丙酮、异丙醇交替洗涤去除剩余光刻胶。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
8.一种采用上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的单晶模型催化剂。
9.一种采用上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的单晶模型催化剂在催化剂表面研究上的应用。
【技术特征摘要】
1.一种选择性暴露晶面的单晶模型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述目标单晶模型催化剂包括金属单晶模型催化剂、金属合金单晶模型催化剂、氧化物单晶模型催化剂或氮化物单晶模型催化剂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为热敏光刻胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在所述光刻胶层上制备所述图形化方案的电极图形的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔义，李浩，袁敏，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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