Ⅱ-Ⅵ族一维半导体/磁性金属异质纳米结构的设计、合成及性能

Semiconductor-metal hybrid heterostructures are promising building blocks for applications in catalytic, biomedical, and optoelectronic devices. The proposal was aimed at the purposeful design and synthesis of Ⅱ-Ⅵ group one-dimensional semiconductor/magnetic metal nanoheterostructures in mild liquid system for understanding the key scientific problems of how reaction conditions and material combinations can be tuned to influence the growth mechanism of the hybrid material and the synergistic effect of the components. The semiconductor/magnetic metal nanoheterostructures with novel structure and specific composition will be prepared in liquid condition by selecting the proper precursor, solvent and complexing agent, etc. The research will be based on the binary nanoheterostructure, and further constructed the complex ternary or more multicomponent nanoheterostructure. It will be studied how to tune the reaction conditions to change the composition, structure and the combination of the components that further affect the growth mechanism, providing technical support for the preparation of complex nanoheterostructures with high properties. The photoluminescence and magnetic properties of the heterostructures will be researched as well as the relationship between the composition, structure and properties for understanding the synergistic effect of the components, realizing the effective control of the photoluminescence and magnetic properties for obtaining the heterostructures which retain both luminescent features and a strong response to magnetic fields, providing the experimental and theoretical bases for the real application of bifunctional biological markers.

半导体金属杂化异质结构在催化、生物医学和光电设备等上具有应用前景。本项目拟在液相中设计合成Ⅱ-Ⅵ族一维半导体/磁性金属纳米异质结构，针对如何调节反应条件和材料的结合影响杂化材料反应的机理以及理解系统的协同性质等关键科学问题开展研究。通过选择合适的反应前驱物，溶剂和配位剂等在液相条件下制备结构新颖的具有特定组成的Ⅱ-Ⅵ族一维半导体/磁性金属异质结构纳米材料；研究以二元异质结构为基础，进一步构筑二元以上物相的更复杂的一维异质纳米结构；研究如何调节反应条件来改变异质材料的组成、结构和结合状态，并进一步影响生长机理，为制备高性能的复杂结构纳米材料提供技术支持;测试其荧光和磁学性能并研究其组成、结构和性能的关系，理解系统的协同性质，实现荧光和磁学性能的有效控制，获得兼具荧光和磁性的Ⅱ-Ⅵ族一维半导体/磁性金属异质纳米结构，为双重生物标记的实际应用提供实验基础和理论依据。

半导体金属杂化异质纳米结构因组分间的协同效应，具有多功能性或增强单一组分具有的相应物理性质，甚至得到完全新颖的物理性质，在催化、生物医学和光电设备等上具有广阔的应用前景。本项目着重在低温溶液相中，构筑尺寸、形貌和组成可调的II-VI族一维半导体/金属异质纳米结构材料，研究与探索其形成机理以及利用其独特的纳米结构和异质结构组分间的协同效应增强电化学催化、光化学催化等方面性能。利用两步水热法在Zn片基底上设计合成出Ag含量可调的ZnO纳米棒/Ag纳米粒子异质结构；通过化学液相沉积Pt或者Ag纳米结构获得高产率的四种不同结构的ZnO纳米棒/Pt和ZnO纳米棒/Ag异质纳米阵列结构。利用ZnO纳米棒和Pt或者Ag异质纳米结构促进电荷分离以及Ag纳米结构可见光区的等离子体效应增强光催化活性和循环稳定性。通过液相化学转化法在ZnO纳米结构阵列上合成出ZnO/ZnSe异质纳米阵列结构。利用小的ZnSe纳米粒子取向吸附调节ZnSe壳层的微结构，形成纳米粒子、纳米棒、纳米片壳层结构。得益于耦合ZnSe纳米结构协同增进可见光吸收能力和促进电子空穴对的有效分离，ZnO/ZnSe异质纳米阵列结构显著提高了可见光驱动的有机染料的光催化降解活性，并且活性随着壳层ZnSe微结构的不同而变化。结合水热生长和液相化学转化，在Zn基底上首次合成出新奇的ZnO纳米棒/ZnS•(HDA)0.5 (HDA = 1, 6-己二胺)杂化纳米片分级异质纳米结构。通过变化硫源和调节反应物的浓度，可以方便地调控杂化纳米片的密度和厚度。得益于较好的导电性和异质结构较大的表面积，ZnO/ZnS•(HDA)0.5异质纳米结构具有增强的电化学催化水合肼性能。通过两步溶剂热沉积，获得了在海胆状CdS微球的构建基元纳米棒上分别点缀a-Fe2O3和Fe3O4纳米粒子的异质结构。异质结构保留了CdS微球的荧光行为，CdS/Fe3O4异质结构呈现出Fe3O4纳米粒子的铁磁行为，使CdS/Fe3O4样品易于磁分离回收。CdS/a-Fe2O3异质结构具有比纯CdS微球更优越的可见光催化活性，两种异质结构都表现出提高的可见光催化循环稳定性。本项目的实施为研究II-VI族一维半导体/金属异质纳米结构材料的组成、结构和性能的关系，理解系统的协同性质提供理论和实验基础，为制备高性能的异质纳米结构材料提供技术支持。