聚醇/无机氧化物半导体复合物纳米结构材料的可控合成及结构性能研究

有机/无机复合物纳米结构材料由于在兼具有机组分和无机组分的优异性质的同时还会产生优化协同效应而引起人们的广泛兴趣。本课题旨在实现具有新颖结构与形貌的聚醇/无机氧化物半导体二元及三元多功能复合物纳米结构的控制合成，探讨反应条件及实验参数对产物结构和形貌的影响，明确其形成机理，建立低成本的、环境友好的溶液合成方法；系统地研究产物的物化性质，阐明复合物的结构、形貌和有机组分-无机组分间的协同效应对物化性质的影响，为纳米器件的制备及组装提供基础理论；探索低分子量聚乙二醇对无机组分性质的影响，对复合物进行表面功能化研究，探讨聚乙二醇为拓展半导体材料在生物医学领域应用所提供的便利。本课题不仅能够提供在信息技术、磁学、生物医学等领域有潜在应用前景的复合物纳米结构材料，而且在阐明有机-无机组分间的协同作用对复合物性能的影响和生物分子与纳米结构的组装方面也具有十分重要的意义。

本项目以低分子量聚乙二醇及乙二醇为溶剂，以ZnO和铁氧化物为研究目标，主要设计了多醇体系中氧化铁纳米材料的可控合成和性能研究；多醇体系中氧化锌纳米材料的可控合成和性能研究和多醇体系中锌铁复合氧化物纳米材料的可控合成和性能研究几个研究体系。同时结合研究工作的特点，为了跟多醇体系作对比，开展了水体系中氧化铁纳米材料的可控合成和性能研究。在这几个研究体系中合成了单分散的PEG/Fe3O4复合纳米晶、Fe3O4胶态纳米球、Fe3O4单晶多面体；α-Fe2O3纳米片、椭圆形、花状、纺锤形纳米片状、纳米颗粒及单晶准八面体颗粒等多种形貌的的α-Fe2O3 纳米结构材料；PEG包覆的ZnO胶态纳米球、蘑菇状ZnO纳米结构、Zn(II) doped γ-Fe2O3单晶纳米片和MxFe1-xFe2O4三元复合氧化物等。利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电子探针显微分析（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、热重-差热分析（TG-DSC）等对产物的形貌、尺寸、结构及形成机理进行了详细地表征分析，并对产物的光学、磁学以及光催化等方面的性能进行了表征测试，研究了反应温度、溶剂的种类和配比、反应物浓度等反应条件对产物的形貌、尺寸和微观结构的影响，探讨了不同体系中复合物及无机纳米结构的形成规律，探索了纳米结构材料的形貌、尺寸和微观结构对其性能的影响。本项目通过在一定范围内实现材料的形貌、尺寸和微结构的调控而初步实现对其光学及磁学性质的调控。这将对优化材料结构和性能之间的关系提供实验依据，为推广它们在高技术领域的应用提供了初步的理论依据。本项目的完成为进一步研究其它复合物及无机纳米结构提供实验经验和理论基础，通过对所获得的一系列纳米结构材料的的功能特性作进一步理论应用性研究，有可能获得新型多功能纳米结构材料, 特别是磁性材料和光催化材料。