功能纳米材料的化学控制合成、组装、结构与性能 - 中国科学.PDFVIP

中国科学 B 辑 :化学 2009 年 第 39 卷 第 10 期 : 1028 ~ 1052 SCIENCE IN CHINA PRESS 功能纳米材料的化学控制合成、组装、结构与性能 彭卿, 李亚栋* 清华大学化学系, 北京 100084 * 通讯作者, E-mail: ydli@ 收稿日期：2009-07-13; 接受日期：2009-07-23 摘要 维度限制使得纳米材料具有独特的物理和化学性质, 如何对纳米构造单元 关键词 的结构进行调控, 并最终将纳米效应在宏观尺度上体现是当今纳米科技面临的挑战 功能纳米材料 性问题, 纳米材料的化学控制合成方法学、组装、结构与性能的研究是解决上述问 控制合成 题的基础. 这篇综述文章从四个方面, 分别介绍了单分散纳米晶以及纳米管、纳米 组装 结构与性能 线、空心纳米微球等系列低维纳米结构在合成方法与技术、“自下而上”的组装、 基于微结构的性能表征与应用探索等领域取得的研究进展, 试图总结出其中的规律 性, 同时也展现了纳米科学与技术的魅力和广阔的发展前景. 1 引言 目的是要实现纳米构造单元的单分散度和尺寸、维 度、表面结构等参数的调控, 以及构造单元“自下而 纳米材料至少有一个维度的尺寸处于纳米尺度, 这种维度限制造成了材料电子能级与态密度的显著 上”的组装、微结构与性能关系的明晰. 它涉及在纳 [1~7] 米尺度上的物质制备、结构表征、纳米空间的化学反 变化, 从而使材料表现出独特的物理和化学性质 . 近十几年来, 以纳米材料为基础, 纳米科学与技术得 应、纳米尺度下物质所表现出来的物理和化学性质的 以迅速发展, 在材料的合成以及光电、催化、环境、 研究, 目前已成为国内外非常重视的前沿热点. 相关 能源、生命科学等领域的研究与应用已深入展开并取 研究将为揭开纳米材料微结构与性能的相关性、认识 得了瞩目的成果[8~29] . 然而, 纳米科学领域作为一门 纳米世界的运动规律积累有价值的数据, 同时又为 新兴学科, 发展尚不完善, 人们对介观层次物质的认 纳米材料、纳米技术在高科技领域的进一步应用提供 识还很不足, 相对独立的理论没有建立, 新规律的研 了材料基础和技术保障. 究还不系统. 当今纳米科技依然面临着如下的挑战 纳米构造单元(纳米晶体) 的结构调控实质可以 性问题[30] ：(1) 纳米材料的尺寸、结构、组成与性质 归结到其成核与生长过程的调控, 这涉及到成核核 之间关系的系统化明晰; (2) 如何能可控地获得高质 心的晶体结构、体积、半径、表面能以及体系的过饱 量纳米材料、纳米结构并预知其性质; (3) 如何将纳 和度等诸多因素. 液相体系因其内部化学势易于调 米结构材料在宏观尺度上进行组装, 使微观尺度存 节、相界面容易构建, 结合外加表面活性剂, 可以调 在的纳米效应在宏观尺度得以体现, 以最终实现其 节粒子的表面能, 以及在局部形成微反应器等优势, 宏观应用. 成为纳米材料化学控制合成的首选体系. 本文主要 纳米材料的化学控制合成方法学与技术、组装、 分为 4 个部分：第 1、2 部分综述了目前常见的纳米 结构与性能的研究是回答上