《利用介觀層狀雜化材料的剪裁製備金屬氧化物納米材料》是依託華中科技大學，由馬穎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：利用介觀層狀雜化材料的剪裁製備金屬氧化物納米材料
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬穎
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
不同於生長動力學控制的自下而上的 納米材料製備方法，自上而下的化學剪裁方法由於顯著的優點（高單分散小尺寸、高結晶性和相同的表面性質），正在成為納米材料製備的新生領域，但是其中的物理化學過程還不為人所了解，無法實現剪裁的精確控制和推廣套用。本項目擬藉助離子交換或配體置換作用，將層狀金屬氧化物和氫氧化物材料轉化為長鏈胺或羧酸、具有苯環的雙齒配體插層的介觀層狀雜化材料，或者直接製備氧化物介觀層狀雜化材料，再利用高溫分解或硫化作用對雜化材料進行剪裁，通過溫度、升溫速度、反應氣氛和反應介質的精確控制和調節，實現不同程度的剪裁，製備金屬氧化物納米顆粒、納米線和納米片結構。通過對這一過程吸收光譜、顆粒大小和形狀、表面電荷等的原位監測和結構分析測定，研究剪裁過程的物理化學本質，闡明氧化物、氫氧化物層結構拆分的關鍵結構因素和臨界實驗條件，發展具有普適意義的自上而下納米材料的化學剪裁製備方法。
結題摘要
不同於成核和生長動力學控制的“自下而上”的製備方法，“自上而下”的化學剪裁方法可以製備具有高結晶性和相同表面性質的納米材料，為納米材料的設計和合成開闢了新的途徑。本項目以介觀層狀金屬氧化物-二醇雜化體系、金屬氧化物-有機胺雜化體系和金屬乙酸雜化材料為起始原料，主要利用水解和熱分解過程的精細控制，通過對溫度、升溫速度、反應氣氛及反應介質的選取和控制，實現了雜化材料的剪裁，製備了幾種新型納米結構材料及複合材料，並對反應產物和中間產物進行結構分析和測定，探討前驅體結構因素和實驗條件對生成產物的組成、形貌、顆粒大小以及晶相等的影響。對鐵氧化物的磁性、稀土氧化物及化合物納米材料的發光性能、二氧化鈦納米材料的光解水催化活性進行了詳細研究和比較，發現除了尺寸以外，影響納米材料相關性能的關鍵因素。通過雜化材料水解轉化過程中層間氫鍵的逐漸減弱，製備得到了超薄gamma-FeOOH二維單晶納米片；對於氧化銪-二醇雜化材料的水解過程控制，則發現了組裝和熟化過程，實現了Eu2O3一維超細線到超薄二維晶態材料的轉變；以二氧化鈦超薄片-油胺雜化材料作為前驅體，通過對熱分解反應過程的控制，包括升溫速率、分解氣氛和分解溫度等實驗條件的調節，實現了不同形貌、晶型的二氧化鈦納米結構及其與碳的複合材料的製備。發現在複合體系中，超薄片結構和納米顆粒結構由於具有相似的表面特徵，因而表現出了基本相同的光催化產氫活性；利用化學剪裁方法成功製備了具有核/殼/殼三明治夾心結構以及啞鈴形的上轉換髮光納米材料，既可以充分發揮Nd3+的敏化作用，也抑制了激活劑到敏化劑的能量回傳，得到了800nm雷射的高效上轉換髮光材料。項目實施以來，累計發表SCI文章7篇，包括Adv. Mater.1篇，申請一項國家發明專利。項目執行期間，培養2名博士畢業生,1名碩士畢業生。通過本項目的實施，為金屬氧化物納米材料的製備提供了新途徑。
