(节选)
清华大学化学系李亚栋教授在《2008科学发展报告》上撰写“单分散纳米晶的合成、组装及其介孔材料的制备”一文,从单分散纳米晶的合成、单分散纳米晶的组装、介孔材料的制备3个方面进行了阐述,并在文末对纳米多功能介孔材料的发展前景进行了展望。
文章首先介绍了单分散纳米晶的合成。此方面的研究始于1993年麻省理工学院的Bawendi等,随后,IBM 公司的Murray、Sun,加州大学伯克利分校的Alivisatos、Peng及韩国Hyeon等小组相继发展了该合成方法,但成本高、产量较低,限制了其应用发展。2005年,清华大学李亚栋研究组采用Liquid-Solid-Solution合成策略,实现了用简单、廉价的无机盐类为原料合成各种类型的单分散纳米晶,在Nature上进行了报道。此策略能方便得到系列各种类型的单分散纳米晶,如多种金属、半导体、氧化物及复合氧化物、氟化物等,揭示了单分散纳米晶成核、生长的规律性。
接着,文章介绍了单分散纳米晶的组装。将单分散纳米晶作为理想的构建基元,利用表面活性剂之间的各种弱相互作用使其有序地结合在一起,通过精确控制实现更高级、更复杂结构的组装和构建。国际上已实现二维组装和三维组装两种方法。2007年,李亚栋研究组发展出一种组装单分散纳米晶的通用方法,即EBS (Emulsion-based Bottom-up Self-assembly)组装策略。采用这一“搭积木”策略,能方便地实现从单分散纳米晶到三维胶体球的规则、有序组装过程。开辟了纳米晶规则、有序、可控组装的新途径,发展出新的组合材料学(“搭积木”),为复合多功能纳米(超)结构新型材料体系的构建及其应用奠定了坚实的基础。
关于介孔材料的制备,文章也进行了相关阐述。介孔材料由于比表面积大、孔隙率高、孔径分布窄等特点而在催化、吸附、分离等领域具有广阔的应用前景。合成介孔材料主要存在两大类途径:一类是模板法,另一类是利用刚性分子作为构建基元组装三维MOFs(metal-organic frameworks)形成介孔结构。清华大学李亚栋研究组进一步发展出一种制备介孔材料的通用途径,即以“人造原子”(单分散纳米晶)作为构建基元制备介孔材料。具体过程为:首先采用LSS方法得到单分散纳米晶,然后利用EBS方法将单分散纳米晶组装成三维胶体球,最后通过煅烧除去表面活性剂得到介孔材料。
最后,文章对纳米多功能介孔材料的发展前景进行了展望,认为在相关的催化剂和锂电池电极材料等领域将发挥关键作用。(摘自中国科学院“科学发展报告”课题组撰写的《2008科学发展报告》)
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