電子耦合的納米晶超晶格薄膜的製備及其電學性能研究

《電子耦合的納米晶超晶格薄膜的製備及其電學性能研究》是依託復旦大學，由董安鋼擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電子耦合的納米晶超晶格薄膜的製備及其電學性能研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董安鋼

項目摘要

在前期掌握的氣液界面自組裝大尺度納米晶超晶格薄膜的基礎上，本項目擬發展一項全新的原位配體交換技術：利用短配體對漂浮於液相表面的納米晶超晶格薄膜進行化學改性處理，在保持薄膜完整性和納米顆粒排列有序度的前提下有效去除顆粒表面原有的長鍊表面活性劑配體分子，從而獲得電子耦合、具有優良電學性能的納米晶超晶格薄膜。本研究將系統考察不同配體改性和顆粒間距等對超晶格薄膜光電性質的影響，通過改變納米顆粒的表面化學性質最佳化薄膜性能；同時，以套用為導向，重點研究分子金屬硫化物配體對半導體納米晶超晶格的處理效果，開發在電子和光電子領域中具有重要套用價值的全無機納米晶複合薄膜。本研究提出的原位配體交換技術為成功製備電子耦合的納米晶超晶格薄膜開闢了一條普適、有效途徑，對研究納米晶超晶格的固有特性及開發高效、柔性的電子與光電子器件具有重要意義。

結題摘要

納米晶超晶格在電子與光電器件、能源存儲與轉化等諸多領域具有重要的基礎研究與實際套用價值，然而納米晶表面的長鏈絕緣配體嚴重限制了顆粒間的電子耦合作用，阻礙了電子在超晶格材料中的傳輸性能，極大限制了超晶格在電子傳輸相關器件中的套用。如何在保持納米晶超晶格結構有序性的前提下增強電子輸運性能是拓展超晶格材料套用領域的先決條件。在本項目中，我們基於氣液界面組裝技術，發展了原位配體交換技術，利用短鏈配體對浮於液面上的超晶格薄膜進行化學修飾，在保持納米晶超晶格薄膜結構完整性的前提下大大縮短了納米晶顆粒間的距離，首次獲得了強電子耦合的超晶格薄膜，所得薄膜可用於製備場效應電晶體等電子器件。除此之外，針對傳統自組裝納米晶超晶格組分受限、導電性差的問題，我們巧妙的利用納米晶表面固有配體碳化的特點提出了一條全新的製備超晶格的思路，實現了傳統自組裝方法難以製備的碳包覆納米晶超晶格；該方法突破了超晶格的組分限制，所得超晶格材料的電學性能有了極大改善，在能源存儲與轉化器件中顯示出潛在套用價值；超晶格高度有序的結構特點也使探索納米晶的結構和形貌演變規律等關鍵科學問題成為可能。在此基礎上，我們從自組裝Fe3O4納米晶超晶格出發，發展了一系列高度有序介孔石墨烯骨架衍生材料，將納米晶與介孔碳兩種材料體系連結起來，進一步拓展了超晶格材料在儲能和電催化中的套用。通過本項目的研究，以通訊作者在包括Chem. Rev.、Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.等在內的學術期刊發表本項目資助論文22篇；申請國家發明專利6項，其中2項已授權。通過本項目的研究，我們培養博士後2名，培養（包括聯合培養）博士研究生5名，其中2名畢業，培養（包括聯合培養）碩士研究生8名，其中4名已畢業。