[00136925]功能纳米异质结构的可控制备与协同效应研究

成果简介： 由于单一组分材料在物理化学性质上存在或多或少的缺陷,随着纳米结构材料在光电化学应用方面的不断深入研究,单一组分功能纳米材料已远远不能满足实际应用的需求,如何在增强性能的同时趋利避害地裁剪整合就为现今功能纳米复合结构光电材料的设计提出了更高的要求。比如：对于半导体光催化材料来说,围绕着抑止光生电子—空穴复合及拓宽光谱的响应范围等方面的改性技术也随之全面展开,实验证实如：贵金属沉积、金属离子掺杂、染料光敏化、半导体复合等都是提高半导体光催化效率行之有效的方法。对于电化学材料,如锂离子电池材料来说,和碳材料的复合,既能提高电极材料的导电性,又能起缓冲作用增加电池的循环性能。 自2010年以来,项目组成员一直从事于二元异质功能纳米复合结构的基础研究,在合成方法与技术、组装设计、基于微结构的性能表征与应用探索及协同增强效应等领域取得了一定的研究进展,展现了纳米科学与技术的魅力和广阔的发展前景。本项目以此指导思想为宗旨,设计合成了一系列新型、高效、具有应用前景的光电功能纳米复合材料,开展了不同类型二元异质功能纳米复合材料的可控合成、功能优化及协同增强效应研究。一方面,发展了单一纳米结构改性技术下二元异质的简易原位自搭配设计;另一方面,利用二元异质转换过程中产生的气体由内而外自发冲击形成了空心多孔复合结构,同时,阐明了实验条件与产物形貌、结构参数之间的联系,揭示了二元异质纳米复合材料的协同增强效应的普适性作用机理,以及不同二元配比的调节方式及构效关系在光电化学方面的微观作用机制。 主要技术创新点： 1.以简单的双元吸附及原位转化思想突破单一组分纳米材料的局限,在不同维度、不同形貌的空心构型上实现了二元异质光电纳米复合材料的设计制备,并针对不同功能自主选择搭配不同的复合体系,以此实现了新型、高效、具有应用前景的光电功能纳米材料的设计组装以及协同增强效应完美统一,而且该设计是一种灵活机动、自主性强、能随实际情况具体变化的新设计,也是应用型功能纳米复合材料设计和制备的新思路,提高光电性能的新途径。 2.一步法完成了二元异质与多孔（空心）结构的融合是材料设计合成上的一个创新。此外,借助原位转化所产生的气体由内而外的自发形成镂空结构是空间与时间二维体系的和谐统一。 3.利用材料结构与其本征性质之间的内在关系,设计了多种可控的材料制备和组装手段,获得了许多性能协同增强的复合纳米结构。一方面,利用材料在光、电、磁等性质上的互补或相互作用,提高了材料的特定性能;另一方面,利用材料在空间结构上的互补、内外缺陷的消除、形貌结构的设计、组分成份的调控和表面环境的改善等手段,协同增强了复合材料的综合性能。 4.通过控制二元异质的成核与生长动力学,协同组装在无机或者无机—有机杂化纳米结构硬模板上,获得了具有空心或多孔结构的多元功能纳米结构复合材料;拓展了目前制备具有优越光电性能的复合材料的技术。 附10篇代表性论文： 1.Y.Hu*,X.H.Gao,L.Yu,Y.R.Wang,J.Q.Ning,S.J.Xu,X.W.Lou:Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,5636-5639. 2.W.L.Yang,L.Zhang,Y.Hu*,Y.J.Zhong,H.B.Wu,X.W.Lou:Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,11501-11504. 3.Z.Y.Wang,D.Y.Luan,S.Madhavi,Y.Hu,X.W.Lou:Energy Environ.Sci.2012,5,5252-5256. 4.Y.Liu,L.Yu,Y.Hu*,C.F.Guo,F.M.Zhang,X.W.Lou:Nanoscale2012,4,183-187. 5.Y.Liu,L.Zhou,Y.Hu*,C.F.Guo,H.S.Qian,F.M.Zhang,X.W.Lou:J.Mater.Chem.2011,21,18359-18364. 6.Y.Liu,Y.Hu*,M.J.Zhou,H.S.Qian,X.Hu:Appl.Catal.,B2012,125,425-431. 7.Z.Q Li*,L.M.Wang,Z.Y.Wang,X.H.Liu,Y.J.Xiong:J.Phys.Chem.C2011,115,3291-3296. 8.Y.Hu*,Y.Liu,H.S.Qian,Z.Q.Li,J.F.Chen:Langmuir2010,26,18570-18575. 9.H.Guo,Z.Q.Li*,H.S.Qian,Y.Hu,I.N.Muhammad:Nanotechnology2010,21,125602. 10.S.L.Wang,H.H.Qian,Y.Hu*,W.Dai,Y.J.Zhong,J.F.Chen,X.Hu:Dalton Trans.2013,42,1122-1128.