作为一种重要的半导体材料,稼基纳米材料在光催化、发光、新型光电器件等领域有广泛的应用。针对这些领域的实际应用,人们对其合成方法、元素组成、形貌结构与物理化学性质等开展了深入研究,并取得了巨大进展。但由于镓基纳米材料的性能受到合成方法、表面和界面结构、晶格缺陷等多方面的影响,很多问题还有待解决。比如裸露晶面的催化活性不高,人们希望通过晶面控制,暴露高活性晶面来提高其光催化性质;通常以ZnGa₂O₄为基质的发光材料是通过气相法或者固相法制备得到,在低温下制备具有全彩色发光性能的ZnGa₂O₄基质荧光材料将具有深远意义;如何探索利用镓基纳米材料优异的物理化学性能与其他功能材料相结合制备出具有新型功能的复合材料;针对这些问题我们对镓基纳米材料的制备、性能及构效关系进行了深入的探索和研究。1.同时暴露{111}和{110}晶面的ZnGa₂O₄纳米片的合成及光催化性质研究纳米材料的晶面控制是制备高活性光催化剂的有效途径,我们通过表面活性剂油酸钠的结构导向作用,用简易的水热法合成了一种立方晶系{111}晶面和{110}晶面同时暴露的ZnGa₂O₄单晶纳米片。研究表明,无论是光催化产氢性能还是降解有机污染物性能,两种晶面同时暴露的ZnGa₂O₄纳米片显著优于另外两种纳米结构的ZnGa₂O₄。DFT理论计算以及XPS价带谱的测试结果表明:同时暴露两种晶面的ZnGa₂O₄在两种晶面的交界处形成"表面异质结",这种"表面异质结"可以促进光生电子和空穴的迅速迁移,在内部电场的作用下,光生电子向{110}晶面迁移,而光生空穴向{111}晶面迁移,从而有效分离电子空穴,实现高效的光催化活性。而且,同时暴露两种晶面的ZnGa₂O₄在其两个晶面上空穴有效质量不同,可以有效克服空穴表面溢出效应。因此,{111}晶面和{110}晶面同时暴露的ZnGa₂O₄纳米片的光催化性能可以得到显著提高。在本研究中,以一种典型光催化剂为例,通过表面调控有效改善了催化剂的光催化活性,为今后设计和制备高效光催化剂提供了一种新思路。2.ZnGa₂O₄纳米花的制备及全彩色发光性质研究镓酸锌基发光材料的合成通常需要很高的温度,寻找节能减排的低温合成方法是目前亟需解决的问题。我们采用通常所用的水热法,在乙二胺的模板作用下,低温合成了未掺杂(ZnGa₂O₄)、Mn²⁺掺杂(ZnGa₂O₄:Mn²⁺)以及Cr³⁺掺杂(ZnGa₂O₄:Cr³⁺)的镓酸锌基纳米发光材料,这些发光材料由5 μm大小的纳米花组成,每个纳米花又由6-10 nm的纳米薄片级次结构组成。通过荧光光谱和荧光寿命测试发现在紫外光照下ZnGa₂O₄、ZnGa₂O₄:Mn²⁺以及ZnGa₂O₄:Cr³⁺分别通过自激发、Mn²⁺激发和Cr³⁺离子激发具有蓝、绿、红三基色发光性能,实现了经紫外光激发后在同一种发光基质材料上获得三基色的发光性能,由于表面效应的影响,这些发光材料都具有两个寿命。这些ZnGa₂O₄基质纳米材料有望在彩色显示、生物成像以及白光器件等方面得到应用。3.有机-无机杂化纳米颗粒的制备及聚集诱导发光（AIE）性质聚集诱导发光现象在生物医学、荧光探针、生物传感等领域具有广泛应用,成为人们的研究热点领域。我们制备了一种先进的AIE杂化颗粒体系,这种杂化体系是将带有羧基基团的水杨醛吖嗪发光分子（CA-SAA）连接到单分散的GaOOH纳米立方块颗粒上。CA-SAA/GaOOH杂化颗粒具有随着加入的AIE分子CA-SAA的浓度变化粒度可调的性质。有机发光分子和无机纳米颗粒之间强烈的疏水作用驱动有机分子在无机GaOOH纳米颗粒表面发生聚集。这种AIE杂化体系最大的特性是无机纳米颗粒诱发聚集而避免了第二种溶剂的加入,避免了加入溶剂导致的离子化或者聚集松弛,从而更好的限制分子内苯环的自由旋转。与在混合溶剂中CA-SAA分子聚集诱导的AIE现象相比,这种有机-无机杂化纳米颗粒的聚集诱导发光光谱发生蓝移,量子产率显著增加,可达25%,而CA-SAA在THF/H20混合溶剂中聚集诱导发光的量子产量只有9%。这项研究表明无机纳米颗粒同样可以使一些AIE分子发生聚集诱导发光,表现出AIE特性,并有望在新型有机-无机杂化LED、生物成像、光电器件等领域得到广泛应用。