《一種自上而下的策略構建新型納米結構材料》是依託華中科技大學，由周磊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：一種自上而下的策略構建新型納米結構材料
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周磊
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
介觀晶體（Mesocrystal）是一類新型的納米結構材料，其基本組成單元為晶格取向上有序的納米粒子。介觀晶體獨特的結構使其在很多領域具有很好的套用前景，特別是那些既需要較大比表面積又需要較高結晶度的套用。介觀晶體材料的合成通常採用一種自下而上的自組裝過程，由於自組裝過程的複雜性，最終產品的形貌、結構和組成較難控制。項目申請人提出一種自上而下的策略，利用單晶作為前驅體，依據前驅體和產物間晶體結構的相似性，通過拓撲轉化的方法來合成介觀晶體材料。同時以所得的介觀晶體材料為前驅體，透過分解和複合兩種途徑獲得更小尺度的納米粒子或者更複雜的複合介觀晶體。此方法的優點在於將複雜自組裝過程轉變為相對簡單的單晶生長以及拓撲轉化過程，從而使得介觀晶體的合成更加簡單、多樣，對其它物質介觀晶體的合成具有指導意義。除研發合成方法外，我們還希望將所得介觀晶體/納米顆粒材料套用於能源、環境和生物材料領域。
結題摘要
介觀晶體是一類新型的納米結構材料，其基本結構單元為晶格取向上有序的納米粒子。它們獨特的結構使其在很多領域具有很好的套用前景。目前，介觀晶體材料的合成通常採用一種自下而上的自組裝過程，由於自組裝過程的複雜性，最終產品的形貌、結構和組成較難控制。 項目申請時，我們提出利用單晶作為前驅體，依據前驅體和產物間晶體結構的相似性，通過拓撲轉化的方法來合成介觀晶體材料。這種自上而下的策略能將複雜自組裝過程轉變為相對簡單的單晶生長以及拓撲轉化過程，使得我們可以通過對前驅體的控制實現對所得介觀晶體的控制。 項目實施中，我們從前驅體的合成、前驅體形貌的控制、拓撲反應過程的控制、產物性能測試以及產物的套用開發等多個方面詳細研究了多種不同的拓撲轉化反應，包括：NH4TiOF3到銳鈦礦相TiO2之間的拓撲轉化反應；(NH4)2TiOF4到NH4TiOF3之間的拓撲轉化反應；CaHPO4.2H2O到Ca10(PO4)6(OH)2之間的拓撲轉化反應。 研究結果表明：拓撲轉化反應可以作為一種普適的、自上而下的方法製備介觀晶體材料：對產物組成、結構和形貌的控制可以轉化為對前驅體以及拓撲轉化過程的各種控制。這一方法相對於傳統的自組裝方法更具有可控性。所得介觀晶體產物也有很多與眾不同的特性。例如我們可以通過對前驅體的控制製備出方磚形、立方形和正六稜柱形等不同形貌的TiO2介觀晶體材料。這些TiO2材料均有大量暴露在外的{001}面以及較大比表面積，從而導致很好的光催化活性。 同時，利用該方法，我們還可以製備出與生物體內羥基磷灰石結構相近的平板狀羥基磷灰石介觀晶體。介觀晶體結構的存在會導致所得羥基磷灰石在高溫煅燒過程中出現由於層狀晶體生長而引起的台階狀結構。而這一現象在納米及微米羥基磷灰石中並不常見。同時所得平板狀羥基磷灰石材料還可以用於複合材料的製備，增強材料的力學性能，使得可用於生物材料的套用當中。 總而言之，介觀晶體是一類新型的納米結構材料，對它的研究還處於初步階段，拓撲轉化法的引入有利於合成出更多結構和形貌特殊的介觀晶體材料，推動其向更深更廣的階段發展。
