无机纳米晶的形貌调控及生长机理研究-中国科学.PDFVIP

中国科学 B 辑 :化学 2009 年 第 39 卷 第 9 期 : 864 ~ 886 SCIENCE IN CHINA PRESS 无机纳米晶的形貌调控及生长机理研究 冯怡, 马天翼, 刘蕾, 袁忠勇* 南开大学化学学院新催化材料科学研究所, 天津 300071 * 通讯作者, E-mail: zyyuan@ 收稿日期：2009-06-30; 接受日期：2009-08-05 摘要 形貌及尺寸规整可控的纳米晶体的合成是目前十分引人注目的纳米材料研 关键词 究领域. 制备合成中的形貌调控及其功能化是这些纳米材料能够得到应用的关键问 纳米材料 题. 研究者们希望在纳米晶的任一阶段均能实现控制并在期望的阶段停止, 从而得 形貌调控 到尺寸、形态、结构及组成确定的纳米晶体. 本文综述了近年来无机纳米晶体的典 生长机理 晶体结构 型合成路径, 深入探讨了纳米晶在成核、生长及熟化阶段的控制原理, 研究了液相合 水热合成 成纳米材料过程中晶体结构与生长行为的相关性问题, 并总结了几类具有代表性的 低维、多维纳米晶体的形成规律和生长机理. 探索纳米粒子的调控合成对于纳米材 料的规模化生产及应用具有重要的理论价值和指导意义. 1 引言 纳米粒子的调控合成是纳米科技发展的重要组 成部分, 是探索纳米结构性能及其应用的基础. 纳米 晶是指晶粒尺寸在纳米级 的多晶体, 有大量的原子 位于晶粒之间的界面上, 其结构特征有别于普通多 [1] 晶体和非晶态合金材料 . 不同的纳米结构与不同的 制备途径和合成手段相对应. 根据维度约束的不同, 纳米材料可划分为以下几类[1~3] ：(1) 零维, 指在空间 三维尺度均受约束, 如颗粒、团簇(指由几个乃至上千 个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相 对稳定的微观或亚微观聚集体) 、立方体、多面体等; (2) 一维, 指在空间有两维处于纳米尺度并受到约束, 例如线、带、棒、管等; (3) 二维, 指在三维空间中有 一维在纳米尺度, 超薄膜、盘状、片状. 这些纳米结 构与体材料相区别, 统称为低维纳米结构. (4) 三维 图 1 纳米材料的典型分类图[2] 或称多级结构, 指由多个次级几何单体结构通过设 计、组装构筑成更为复杂的建筑体, 如四角体、花状、 无机材料不是简单无机基元的无限重复. 同样 核壳结构等. 纳米结构的分类如图 1 所示. 的材料组成, 特异的维度和形貌经常会造成特异的 864 中国科学 B 辑: 化学 2009 年 第 39 卷 第 9 期 性能. 例如支叉状ZnO( 四角状)纳米材料, 研究者们 下而上的路线愈来愈受到重视, 它的出发点是分子、 发现其在单电子传输过程中具有可控性, 因其中一 原子或离子, 通过外部环境的改变或化学反应的进 个端角可用作门控制[4]. 贵金属Au/Pt/Pd等从实心颗 行, 使溶质从过饱和的分散相(气相或液相) 中析出, 粒转变为空心状态时, 其表面等离子共振吸收光谱 形成固体[9]. 以下着重介绍一些常见的合成方法及其 会发生大幅度红移[5,6], 有效提高了金属纳米结构对 原理. 红外波段光的吸收效率, 这对光诱导癌症热疗的研 2.