鉑-過渡金屬氧化物基雙面神微馬達(dá)的制備及運(yùn)動(dòng)性能

摘要： 為了改善化學(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)性能，以鉑基雙面神微馬達(dá)為基礎(chǔ)，通過引入過渡金屬氧化物（氧化銅 、氧化鎢）與鉑形成異質(zhì)結(jié)，構(gòu)建鉑-過渡金屬氧化物-聚苯乙烯雙面神微馬達(dá)，表征微馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和元素價(jià)態(tài)，并對(duì)其在過氧化氫含量不同時(shí)的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，當(dāng)過氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，鉑-氧化鎢-聚苯乙烯雙面神微馬達(dá)的平均速度達(dá)到43 μm/s，運(yùn)動(dòng)性能顯著改善； 鉑基雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度與形成異質(zhì)結(jié)的鉑與過渡金屬氧化物之間的功函數(shù)差導(dǎo)致的電子遷移有關(guān)，并與功函數(shù)差值成正比。

關(guān)鍵詞： 微馬達(dá)； 化學(xué)驅(qū)動(dòng)； 異質(zhì)結(jié)； 過渡氧化物

中圖分類號(hào)： TB34

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Preparation and Motion Performance of

Platinum-Transition Oxide-based Janus Micromotors

ZHANG Minghuia， WEI Jingwua， XU Leileia， GUAN Jianguoa， b

（State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing， b. International School of Materials Science and

Engineering（School of Materials and Microelectronics）， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， Hubei， China）

Abstract： To improve the motion performanceofchemicallydrivenmicromotors，basedontheplatinum-basedmicromotors， by introducing transitionmetaloxides（copperoxide，tungstenoxide）toformaheterojunctionwithplatinum，theplatinum-transition metal oxide-polystyrene Janus micromotors were constructed， and the structure and valence state of the micromotors were characterized. The motion properties of the micromotors were studiedunderdifferentconcentrationofhydrogen peroxide. The results show that， when the mass fractionofhydrogenperoxideis15%，theaveragespeedoftheplatinum-tungsten oxide-polystyrene Janus micromotors reaches 43 μm/s， which significantly improves the motion performance of platinum-based Janus micromotors. At the same time， it is found that the motion velocity of platinum-based Janus micromotors is related to electron migration caused by the work function difference between platinum and transition metal oxide in heterojunctions， and is proportional to their work function difference.

Keywords： micromotor; chemical propulsion; heterojunction; transition metal oxide

在過去的20年里，人造微納米器件^［1］已成為一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。這些微納米器件能夠通過化學(xué)或物理反應(yīng)將周圍其他形式的能量轉(zhuǎn)化為自身動(dòng)能，被廣泛應(yīng)用于物資遞送^［2-3］、 生物傳感^［4-5］和環(huán)境監(jiān)測(cè)、 修復(fù)^［6-7］等領(lǐng)域。由于在液態(tài)介質(zhì)中易受黏滯阻力所引發(fā)的布朗運(yùn)動(dòng)干擾，導(dǎo)致微納米裝置難以實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)微納米裝置時(shí)須融入不對(duì)稱結(jié)構(gòu)并追求高效的能量轉(zhuǎn)換率，以克服運(yùn)動(dòng)障礙。相較于傳統(tǒng)微納米器件，微納米馬達(dá)因能夠依賴自身驅(qū)動(dòng)力來削弱布朗運(yùn)動(dòng)的不利影響而備受矚目。從最初的金-鉑雙金屬棒的創(chuàng)新性應(yīng)用^［8］，到如今形態(tài)多樣的微馬達(dá)如雙面神（Janus）型^［9］、 管狀^［10］、 圓錐管狀^［11］等相繼問世，展現(xiàn)了微納米馬達(dá)技術(shù)的蓬勃發(fā)展。其中，鉑基雙面神微馬達(dá)作為化學(xué)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中的典型體系之一，由于具有制備簡(jiǎn)單、 清晰的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)和較好的穩(wěn)定性和催化活性等優(yōu)點(diǎn)^［12］，因此已成為化學(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。

雖然鉑基雙面神微馬達(dá)優(yōu)點(diǎn)突出，但它與其他化學(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)一樣，運(yùn)動(dòng)容易受到驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的束縛，難以在以低含量過氧化氫H2O2為燃料的條件下高效運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重制約鉑基雙面神馬達(dá)和其他化學(xué)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的應(yīng)用。為了解決這一難題，實(shí)現(xiàn)微馬達(dá)的高效驅(qū)動(dòng)，研究者們嘗試通過改變馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和形貌來優(yōu)化其性能，然而，這些方法在取得一定成效的同時(shí)，也各自存在著不容忽視的局限性或缺點(diǎn)。例如，改變結(jié)構(gòu)和形貌可能會(huì)減少催化活性位點(diǎn)或增加制備難度，因此，迫切需要更多實(shí)現(xiàn)化學(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)高效運(yùn)動(dòng)的方法，為微馬達(dá)的設(shè)計(jì)提供更多可選擇性，使微馬達(dá)能夠滿足一些特定的需求。因?yàn)榛瘜W(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)是通過化學(xué)反應(yīng)來獲得驅(qū)動(dòng)力的，所以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)最直接的方法就是提高化學(xué)反應(yīng)速率。在鉑基雙面神馬達(dá)中，當(dāng)鉑單獨(dú)作為催化劑時(shí)^［13］，其催化效率的提升遭遇瓶頸，這是由其固有的電子狀態(tài)和相對(duì)有限的活性位點(diǎn)所致。為了解決這一問題，可采用包括元素?fù)诫s與負(fù)載助催化劑等方法，構(gòu)建由不同能帶物質(zhì)組成的異質(zhì)結(jié)。這種結(jié)構(gòu)巧妙地利用了異質(zhì)結(jié)界面上的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，通過調(diào)控金屬催化劑的電子結(jié)構(gòu)^［14］，在異質(zhì)結(jié)處形成內(nèi)部電場(chǎng)，從而加速電子的傳遞和反應(yīng)物的活化過程，進(jìn)而提升金屬催化劑的催化效率。

本文中聚焦于鉑基雙面神微馬達(dá)的研究，選取直徑約為2 μm的惰性聚苯乙烯（PS）微球作為基底材料。為了構(gòu)建高效的催化體系，采用磁控濺射技術(shù)，在PS微球表面沉積一層過渡金屬氧化物（MOx，M為銅Cu或鎢W），并在同側(cè)覆蓋上鉑Pt層，形成異質(zhì)結(jié)，制備Pt-MOx-PS雙面神微馬達(dá)。這種設(shè)計(jì)旨在利用Pt-MOx異質(zhì)結(jié)的獨(dú)特性質(zhì)，加速H2O2的催化分解過程，提升鉑基雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用原材料包括粒徑約為2 μm的氨基PS微球、 H2O2、 乙醇、 高純度鉑靶、 高純度鎢靶等。

實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備包括JCP350型高真空磁控濺射鍍膜儀、 DMI 3000型倒置熒光顯微鏡、 KQ-100型超聲波清洗儀、 Hitachi S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、 JEM-200F型場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡（TEM）、 LEICA EM UC7型超薄切片機(jī)、 ESCALAB 250Xi型X射線光電子能譜儀（XPS）等。

1.2 雙面神馬達(dá)的制備過程

采用磁控濺射工藝制備鉑基雙面神微馬達(dá)，制備流程如圖1所示。

1）取100 μL氨基PS微球懸浮液， 經(jīng)轉(zhuǎn)速為6 000 r/min離心分離3 min后，移去上層清夜，隨后加入600 μL乙醇，超聲分散5 min，以保證粒子分散均勻，制成氨基PS微球乙醇懸浮液。

2）將氨基PS微球乙醇懸浮液分散在等離子清洗機(jī)處理過的玻璃片上，形成單層鋪展PS微球，待其干燥后置于磁控濺射儀中。

3）在單層鋪展的PS微球半球面上濺射一定厚度的Pt層，得到Pt-PS雙面神馬達(dá)。另外，在單層鋪展的PS微球半球面上濺射一定厚度的過渡金屬層，然后再濺射一定厚度的Pt，再通過H2O2處理，制得Pt-MOx-PS雙面神微馬達(dá)。

1.3 結(jié)構(gòu)表征與運(yùn)動(dòng)測(cè)試

使用SEM、 TEM、 XPS以及倒置熒光顯微鏡表征微馬達(dá)的形貌結(jié)構(gòu)、 組成和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

將濺射有過渡金屬氧化物層的雙面神微馬達(dá)切片，利用TEM表征微觀形貌，利用能量色散X射線譜（EDS）儀和TEM表征微馬達(dá)的組成和濺射殼層厚度，

再利用SEM觀察濺射相同時(shí)長(zhǎng)的過渡金屬氧化物層玻璃片的斷面，分析過渡金屬氧化物層厚度。

在觀測(cè)微馬達(dá)的動(dòng)態(tài)行為時(shí)，將倒置熒光顯微鏡傳輸幀率設(shè)定為每秒18幀，確保能夠捕捉到微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和細(xì)節(jié)。觀察過程中挑選相對(duì)穩(wěn)定的觀察界面，以減少外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。提取微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)軌跡后，利用Video Spot Tracker軟件進(jìn)一步處理與分析錄制的視頻，從而準(zhǔn)確解讀微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)特性。

將微馬達(dá)分別與H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、 3%、 5%、 10%、 15%的溶液混合，并滴加到載玻片，利用倒置熒光顯微鏡，觀察并記錄Pt-MOx-PS雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)情況，表征其在H2O2含量不同的溶液中的運(yùn)動(dòng)性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)結(jié)構(gòu)表征

Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)特征如圖2所示。圖2（a）中的SEM圖像與能量色散X射線光譜（EDS）面掃描圖像相結(jié)合可直觀揭示微馬達(dá)的表面形態(tài)、 尺寸及元素分布細(xì)節(jié)。微馬達(dá)直徑精確測(cè)量約為2 μm，金屬Cu與Pt成功沉積于PS球體表面，且這些金屬層僅覆蓋PS球的同一半球，形成鮮明的雙面神結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)初步證實(shí)雙面神微馬達(dá)的成功制備。圖2（b）中雙面神微馬達(dá)切片的TEM圖像及相應(yīng)的EDS面掃描結(jié)果，深入揭示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖像中清晰可見PS球表面存在由2層金屬殼組成的半環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為Cu，外層為Pt，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步強(qiáng)化了微馬達(dá)的雙面神特性。 該微馬達(dá)殼體厚度的表征如圖2（c）、 （d）所示。 圖2（c）中黑色部分為濺射層殼體， 而圖2（d）中是濺射相同金屬Cu的玻璃片斷面， 通過測(cè)量?jī)蓤D中金屬層厚度可得Cu殼體的實(shí)際厚度約為24 nm。

2.2 Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)中元素價(jià)態(tài)

為了深入探究微馬達(dá)中異質(zhì)結(jié)的元素化學(xué)狀態(tài)及其作為驅(qū)動(dòng)源的穩(wěn)定性^［15］， 本文中采用XPS分析微馬達(dá)的表面化學(xué)成分與電子結(jié)構(gòu)特性， 結(jié)果如圖3所示。從圖3（a）中微馬達(dá)在H2O2預(yù)處理前Pt元素的XPS譜圖可以看出， Pt 4f7/2和Pt 4f5/2的結(jié)合能分別約為71.5、 75 eV， 均為單質(zhì)Pt的特征峰， 表明Pt在初始狀態(tài)下以單質(zhì)形式存在。

從圖3（b）中Cu元素的XPS譜圖可知，濺射的金屬Cu以CuO和單質(zhì)Cu 2種形態(tài)共存。鑒于Cu相較于Pt具有較低的化學(xué)穩(wěn)定性，為了準(zhǔn)確評(píng)估微馬達(dá)在催化H2O2分解過程中元素的化學(xué)狀態(tài)變化，本文中模擬了微馬達(dá)的實(shí)際工作條件，將其置于H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%水溶液中預(yù)處理，隨后進(jìn)行XPS測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖3（c）、 （d），其中Pt元素依舊保持為單質(zhì)狀態(tài)，但其XPS譜圖出現(xiàn)了寬化現(xiàn)象，這歸因于Cu元素被氧化為CuO時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)卷積效應(yīng)。值得注意的是，在圖3（d）中，Cu元素的XPS譜圖完全是CuO的特征峰，未觀察到單質(zhì)Cu的特征峰，該結(jié)果再次證明了在H2O2溶液中微馬達(dá)中的單質(zhì)Cu已完全轉(zhuǎn)化為CuO，該微馬達(dá)為具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)。

2.3 Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)行為

以下研究H2O2含量對(duì)鉑基雙面神微馬達(dá)和內(nèi)層殼體厚度為24 nm的Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)性能的影響。H2O2含量對(duì)鉑基雙面神微馬達(dá)和Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)性能的影響如圖4所示。 由圖可以看出，鉑基雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度與H2O2含量呈正相關(guān)，在H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，該異質(zhì)結(jié)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到22 μm/s，同時(shí)均方位移測(cè)試結(jié)果表明，Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)為自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而非布朗運(yùn)動(dòng)。

隨著H2O2含量增加，Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度隨之增加，其運(yùn)動(dòng)速度均大于Pt-PS雙面神微馬達(dá)。當(dāng)H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到25 μm/s，Pt-PS雙面神微馬達(dá)的速度為18 μm/s，但是，當(dāng)H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)發(fā)生運(yùn)動(dòng)失效，原因是離子含量增加使得Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的雙電層發(fā)生塌縮所致。

為了弄清Pt-CuO 異質(zhì)結(jié)導(dǎo)致微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度大幅提升的機(jī)制，以下以Pt催化H2O2分解過程和異質(zhì)結(jié)的作用^［16-19］作為切入點(diǎn)展開分析。根據(jù)Brooks等^［20］對(duì)鉑基微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)機(jī)制的論述，微馬達(dá)上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)如下：

陽(yáng)極Pt： H2O2-2e-2H++O2。

陰極金屬：2H++H2O2+2e-2H2O。

其中陽(yáng)極上的反應(yīng)可細(xì)分為以下2個(gè)步驟：

第1步：H2O2H++HO-2。

第2步：HO-2O2+H++2e-。

陰極上的反應(yīng)可細(xì)分以下為3個(gè)步驟：

第1步：H2O2+e-OH+OH-。

第2步：OH+e-OH-。

第3步：H++OH-H2O。

審視整個(gè)催化反應(yīng)過程，Pt催化H2O2的分解本質(zhì)上是一個(gè)電子轉(zhuǎn)移與反應(yīng)物及中間產(chǎn)物在催化劑表面進(jìn)行吸附-解吸的復(fù)雜過程，因此，加速電子轉(zhuǎn)移和優(yōu)化吸附特性是提升Pt催化效率的關(guān)鍵途徑，這一策略直接應(yīng)用于鉑基雙面神微馬達(dá)上時(shí)，能夠顯著提高其運(yùn)動(dòng)性能。

雙面神微馬達(dá)和Pt-氧化銅CuO-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)性能的影響由于金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)的不匹配在兩者交界處會(huì)形成肖特基（Schottky）結(jié)， 電子從功函數(shù)較?。促M(fèi)米能級(jí)較高）的材料流向功函數(shù)較大（費(fèi)米能級(jí)較低）的材料， 直至雙方費(fèi)米能級(jí)達(dá)到平衡， 此過程伴隨著內(nèi)部電場(chǎng)的形成， 維系著異質(zhì)結(jié)兩側(cè)電子與空穴的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 功函數(shù)差異的大小直接決定了電子轉(zhuǎn)移的程度， 進(jìn)而影響電子受體的電子密度。 鑒于Pt與CuO的功函數(shù)分別為5.65、 5.30 eV， 當(dāng)它們結(jié)合形成Pt-CuO異質(zhì)結(jié)時(shí)， CuO中的電子會(huì)傾向于流向Pt， 導(dǎo)致Pt的電子密度增大， 這一過程原理如圖5所示。在Pt催化H2O2分解的機(jī)制下， 電子從陽(yáng)極到陰極的傳遞是關(guān)鍵步驟。若催化劑能在陰極預(yù)先儲(chǔ)備電子，則等同于加速了電子的傳遞速度，從而提升了整體的催化效率。Pt電子密度增大不僅意味著陰極區(qū)域電子的預(yù)先富集，還進(jìn)一步優(yōu)化了Pt的吸附能力^［21］。

綜上所述，Pt-CuO異質(zhì)結(jié)通過雙重機(jī)制增強(qiáng)Pt的電子傳遞效率和改善其吸附特性，有效提升了Pt催化H2O2分解的效率，進(jìn)而賦予了鉑基雙面神微馬達(dá)更加卓越的運(yùn)動(dòng)能力。

基于異質(zhì)結(jié)界面間電子轉(zhuǎn)移的基本機(jī)制， 當(dāng)采用功函數(shù)顯著小于CuO的功函數(shù)、 且與Pt構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)具有更大功函數(shù)差異的材料來構(gòu)造微馬達(dá)時(shí)， 理論上能夠顯著提高微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)性能。 由于三氧化鎢WO3的功函數(shù)值為4.56 eV， 遠(yuǎn)小于CuO的功函數(shù)， 且Pt與WO3之間的功函數(shù)差異高達(dá)1.09 eV， 大于Pt與CuO之間的0.35 eV， 因此引入WO3與Pt組合， 構(gòu)建Pt-WO3-PS雙面神結(jié)構(gòu)的微馬達(dá)， 旨在探索并驗(yàn)證異質(zhì)結(jié)對(duì)微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)性能提升的具體效果。

2.4 Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的結(jié)構(gòu)表征

Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的結(jié)構(gòu)特征如圖6所示。由SEM圖像及EDS面掃描結(jié)果可以清晰地看到， 微馬達(dá)的直徑約為2 μm， W元素和Pt元素集中分布在微馬達(dá)的同一半球面上， 說明所制備的微馬達(dá)確實(shí)為Pt-WO3-PS雙面神結(jié)構(gòu)。 為了量化微馬達(dá)殼體的厚度， 本文中采用與制備微馬達(dá)時(shí)相同濺射時(shí)間的WO3玻璃片作為參照， 并通過對(duì)該玻璃片斷面進(jìn)行SEM圖像分析， 可得到平均殼層厚度約為24 nm。

2.5 Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)中元素價(jià)態(tài)

Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的XPS譜圖如圖7所示。由圖7（a）可看出，結(jié)合能約為71.5、 75 eV的特征峰歸屬于Pt 4f7/2、 Pt 4f5/2，它們都是典型的單質(zhì)Pt的特征峰。由圖7（b）可以確定，W元素在微馬達(dá)中以WO3以及單質(zhì)W 2種形態(tài)共存。為了探究微馬達(dá)在H2O2分解過程中W元素的化學(xué)價(jià)態(tài)，采用H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液預(yù)處理該馬達(dá)，處理后的微馬達(dá)的XPS分析結(jié)果如圖7（c）、 （d）所示。由圖可以看出，Pt仍為單質(zhì)，但單質(zhì)W消失，只有WO3的特征峰，說明在H2O2溶液中的微馬達(dá)為具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)。

2.6 Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)行為

H2O2含量對(duì)Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)性能的影響如圖8所示。由圖可以看出，當(dāng)H2O2含量增加時(shí)，微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度隨之增加，且大于Pt-PS雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度［圖4（a）］。當(dāng)H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的平均速度達(dá)到43 μm/s； 當(dāng)H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)， Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)的平均速度為41 μm/s， 分別比Pt-PS雙面神微馬達(dá)、 Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的快約23、 16 μm/s， 該結(jié)果表明， 與Pt-CuO的功函數(shù)差相比， Pt與WO3的功函數(shù)差更大， 能夠進(jìn)一步提高鉑基雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度。同時(shí)均方位移測(cè)試結(jié)果表明， Pt-WO3-PS雙面神微馬達(dá)在H2O2溶液中表現(xiàn)為自驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 也不是布朗運(yùn)動(dòng)。

3 結(jié)論

基于鉑基雙面神微馬達(dá)，本文中通過將過渡金屬氧化物與金屬Pt形成肖特基異質(zhì)結(jié)，制備具有異質(zhì)結(jié)的Pt-過渡金屬氧化物（如CuO或WO3）-PS雙面神微馬達(dá)，與鉑基雙面神微馬達(dá)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示： 與Pt-PS雙面神微馬達(dá)相比，Pt-CuO-PS雙面神微馬達(dá)的平均速度有明顯提升；當(dāng)以具有較小功函數(shù)的WO3替換CuO作為過渡金屬層時(shí)，雙面神微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的速度表現(xiàn)出進(jìn)一步的增強(qiáng)；當(dāng)H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，Pt-WO3-PS雙面神馬達(dá)的平均速度達(dá)到了43 μm/s。上述結(jié)果表明，引入過渡金屬氧化物與Pt構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，構(gòu)建Pt-過渡金屬氧化物-PS雙面神微馬達(dá)，能夠加速鉑基雙面神微馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)，并且微馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度的提升與異質(zhì)結(jié)中組分間功函數(shù)差成正比，該結(jié)果為設(shè)計(jì)高效運(yùn)動(dòng)的化學(xué)驅(qū)動(dòng)微馬達(dá)提供了參考。

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（責(zé)任編輯：劉 飚）