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特殊形貌无机纳米材料的控制合成及其形貌依赖的性质研究近年来受到人们的广泛关注。模板法是控制纳米材料结构、尺寸和形貌的一种有效方法,反应性前体模板作为一类特殊的模板,在纳米材料形貌和结构控制合成中占有重要地位。本论文主要研究了无机前体模板和有机-无机复合物前体模板在无机纳米材料的形貌可控合成方面的应用,并初步研究了材料形貌对性能的影响。
利用BiOCl单晶纳米圆盘为反应性前体模板,通过基于二维方向上晶格匹配的化学转化,得到了新颖的圆盘状Bi2S3纳米棒网格结构。研究表明,该网格结构是由[001]取向生长的Bi2S3纳米棒垂直排列而组成的高级有序结构。通过细致研究由BiOCl前体向Bi2S3产物的转化过程,并结合Bi2S3纳米棒[001]方向与BiOCl单晶圆盘两个相互垂直的[010]和[100]方向之间存在的晶格匹配关系,初步提出该纳米棒网格结构的形成是基于二维方向上晶格匹配的化学转化。该方法拓展了现有的基于晶格匹配关系的反应性模板法在纳米材料可控合成方面的应用,为溶液法直接合成二维的纳米棒有序组装结构提供了一条新的途径。对所制备的Bi2S3网格结构材料进行了循环伏安和电化学储氢方面的性能表征,充放电测试结果表明其在电化学储氢方面具有潜的应用价值。
利用BiOCl微米球为反应性前体模板,通过基于Kirkendall效应的化学转化,得到了铋基硫族化合物系列核-壳结构微米球。首先在葡聚糖及四乙基溴化铵的共同作用下合成大小均匀的BiOCl实心微米球前体,进而引入S、Se及Te源在水热条件下进行化学转化,可以分别得到Bi2S3、Bi2Se3及Bi2Te3的核一壳结构微米球。初步提出该核.壳结构微米球是基于微米尺度的Kirkendall效应而形成。对Bi2S3核壳结构微米球的光响应性能进行了测试,结果显示核壳结构较之纳米棒束结构具有更高的光响应灵敏性,这可能与其内部空腔对光的多次反射有关。
利用金属-表面活性剂复合物纳米带为反应性前体模板,通过水溶液中温和的还原反应得到了新颖的多孔金纳米带。实验中合成了一系列不同烷基链长的Bola型季铵盐表面活性剂Br(CH3)3N-(CH2)n-N(CH3)3Br(N-Cn-NBr2)。通过N-C12-NBr2与HAuCl4的反应构筑了新颖的金属-表面活性剂复合物纳米带。将此前体通过简单的还原转化即可得到纳米带状的多孔金结构。该多孔金纳米带在催化硝基苯酚还原方面显示出良好的催化性能。此外,还初步探索了所合成的Bola型表面活性剂对金纳米粒子的形貌调控作用。
综上所述,本论文主要研究了两类反应性前体模板在半导体和金属纳米材料的形貌可控合成方面的应用,为功能性无机纳米材料的模板法合成提供了新的途径,同时也对揭示纳米材料的形貌与性能之间的关系有一定的参考价值。