新型多功能无机结构单元复合晶态薄膜材料的可控制备、组装与性能研究

本项目拟以系统发展具有光、电、磁性质的功能基元的结构设计、制备和组装方法和技术为导向，通过功能基元的结构优化和裁剪，及与聚合物的自组装，制备新型功能复合晶态薄膜材料。探索新型多重功能无机-有机复合晶态薄膜材料的可控制备与组装方法，设计合成新型功能性无机结构组装单元如IB-IIB-VI、I-III-VIA等半导体结构单元，铁氧或硫铁体系磁性结构单元，通过化学插入等方法将此类层状结构的的功能无机结构单元从单晶结构中剥离出来，探索无机结构单元的合成和剥离途径及其与溶剂的相互作用规律；在此基础上，采用层层组装（LBL技术等将经过剥离的这些独立的具有不同功能的无机构筑单元进行组合，并与有机分子进行复合和组装，制备出具有光导、光电转换，热电转换等功能的复合晶态薄膜材料。深入研究新型无机－有机杂化晶态薄膜材料结构导向功能，如无机半导体结构单元的光电转换效率、热电转换效率、复合结构单元的电磁多重功能等。

本项目在具有光、电、磁性质的无机纳米结构单元及特种纳米结构单元的制备以及以此为结构基元组装新型功能晶态薄膜方面取得一系列原创性成果。（1）系统开展设计与制备纳米晶态结构单元（零维、一维、二维）的宏量制备技术与组装规律的研究；（2）实现了超细碲纳米线和碳纳米纤维的宏量制备，成功研制了宏观尺度的大面积自支持功能纳米线薄膜及三维弹性导体，并探索了其在催化、能源以及水处理等领域的应用潜力；（3）发展了液相界面组装技术构筑具有有序结构和新型光电功能的一维纳米线薄膜；（4）建立了粘土、石墨烯等无机纳米片薄膜仿生制备技术，研制了无机-有机层层组装的仿贝壳结构晶态薄膜，实现了晶态薄膜紫外-可见吸收以及荧光性质的可调控性，研究了其力学增强、抗菌以及能量存储方面的性能；（5）发展了静电纺丝技术辅助组装纳米结构单元薄膜的可控制备技术。项目执行期间在国际重要学术期刊Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Nano Today, Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等上发表论文182篇，其中影响因子＞8的论文73篇。受邀为美国化学会《化学评论》撰写有关宏观尺度纳米线薄膜的组装及功能研究进展的评述论文（Chem. Rev. 2012, 112, 4770-4799）；受邀在美国《化学研究述评》上发表关于多重模板宏量制备纳米纤维、组装及应用方面的综述论文(Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1450-1461 )；受邀在英国皇家化学会期刊《化学会评论》上撰写三篇关于微/纳结构单元的仿生设计、宏观组装及性能研究的评论性综述论文(Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 4423-4448; 2014, 43, 7295-7325; 2011, 40, 3764-3785 )。相关研究成果“宏观尺度纳米线组装体与功能”入选2013年中国科学家代表性工作，部分成果获得2014年安徽省自然科学一等奖。项目实施期间培养了博士生21人，硕士5人，出站博士后7人。其中1人获得全国百篇优秀博士论文奖，5人获得中国科学院院长特别奖，4人获得中国科学院百篇优秀博士论文，5人获得卢嘉锡优秀研究生奖。