《具高活性面多級二氧化鈦納米陣列的拓撲外延構築》是依託中山大學，由吳明娒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具高活性面多級二氧化鈦納米陣列的拓撲外延構築
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳明娒
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
選用具有對應於目標二氧化鈦高指數面片段的含鈦化合物為前驅體，在液相或液相蒸汽生長條件下，利用拓撲成核、雕刻生長，複製保留具有特定高活性面二氧化鈦納米陣列；並且在特定玻璃、陶瓷或金屬基片上，事先生長具有特定取向的前驅體晶體，利用相應方法，拓撲複製具有高活性顯露面尤其是高指數活性面陣列材料。提出具高活性顯露面納米二氧化鈦陣列的生長思路和生長機理以及發掘出具有全新結構的納米陣列。並在此基礎上，利用匹配界面原理，外延生長具有新型界面結構的同質\同相、同質\異相以及具有半導體異質結的多層次樹枝結構的複雜納米陣列；利用高分辨透射電鏡、電子衍射技術等研究高活性表面和界面結構，提出陣列材料的晶體成核和生長機理；研究陣列材料的光學、光電化學、（光）催化以及水解制氫等特性,提出高活性納米材料、取向性納米陣列製備的新思路和新途徑，開發出新型界面結構和結構全新的高性能材料。
結題摘要
納米材料的形態、生長取向以及表面和界面結構的設計，可以調控和提高納米材料的性能。本課題採用溫和、簡單溶液化學製備方法，在無金屬催化劑作用下，直接大面積生長了金紅石二氧化鈦和銳鈦礦納米陣列；選用具有對應於目標二氧化鈦高指數面片段的含鈦材料為前驅體，利用拓撲化學轉化法，製備了具有高活性面的<001>方向生長的銳鈦礦二氧化鈦納米陣列；利用拓撲外延生長，製備了生長取向相互垂直的具有三維活性面特徵三維陣列結構；利用生長具有特定取向的前驅體晶體，“拓撲”複製以及內表面控制，製備了內表面具有高活性的層狀結構材料，這些材料具有分子識別特性的光催化性能。在此基礎上，利用匹配界面原理，外延生長具有新型界面結構的同質\異相、異質\異相的多層次結構的複雜納米材料。利用X-射線衍射、高分辨透射電鏡、電子衍射等技術研究材料物相、生長方向、高活性表面和界面結構，提出陣列和複合材料的晶體成核和生長機理；研究材料光學、光電化學、（光）催化以及材料在電池中的套用，確認材料的生長方向、表面結構、內表面結構以及界面結構對材料的光催化性能、光電性能以及儲鋰性能的影響，相關工作發表在《Advanced Energy Materials》、《ACS Applied Materials & Interfaces》和《Nanoscale》等能源材料、界面材料和納米材料的主要刊物上。其中，“一種<001>取向性的超親水銳鈦礦TiO2陣列的製備方法及其套用”和“一種TiO2-B納米晶鑲嵌的銳鈦礦超薄微米球的製備方法”的工作，分別申請了專利，前者具有優於商業P25的光催化活性，後者將該材料組裝成半電池進行測試時，其在3400和8500 mA g-1的大電流充放電1000圈後仍有180和110 mAh g-1的高容量，遠高於多數已報到的氧化鈦電極材料。這些工作提出高活性納米材料、納米陣列製備的新思路和新途徑，為開發新型界面結構和結構全新的高性能材料，為製備在環境和能源方面具有潛在套用價值的高性能新型納米材料提供新的製備工藝、研究思路和技術儲備。
