SnO2、Fe2O3、Cu2O 多面体的形貌调控及表面效应对相关性能的影响

Be facing with the lag of synthesis of polyhedral micro-nanostructures and the investigation of coresponding facet effects on their properties, this project chooses three important oxide semiconductor including SnO2, Fe2O3 and Cu2O as typical example, to explore their synthesis mechanism and the related facet effects on theirs properties. Systematically investigates the laws of the influence of surfactants or the type of inorganic adsorbed ions, the type and concentration of the precursors, the reaction temperature etc. on the their formation mechnism of SnO2, Fe2O3 and Cu2O polyhedral micro-nanostructures. Investigating of their performance on optics, electricity, magnetism and catalysis, and combining surface atomistic simulations and DFT calculation of the surface energy, we will investigate their facet effects on their performance, to obtain the direct rule of structures and properties, and then in turn guide the design and synthesis of materials, improving their potential applications. Not only the launching of the project will be able to systematically improve the related surveys on the synthesis and facet effects of SnO2, Fe2O3 and Cu2O polyhedral micro-nanostructures, but also it is of great significance to spread to other metal oxides.

针对微纳米材料的多面体的合成及其晶面效应对其性能的影响的研究相对滞后的现状，本项目以三种重要的半导体氧化物SnO2，Fe2O3及Cu2O为研究目标，探索其合成机理及相关面效应对其性能的影响。系统地研究表面活性剂或无机吸附离子的种类、前驱体的种类和浓度、反应温度等因素对上述选定的重要金属氧化物多面体微纳米结构形成过程的影响规律，实现对SnO2、Fe2O3及Cu2O多面体微纳米结构材料暴露晶面、尺寸的调控。在此基础上对所合成多面体材料的光、电、磁学及催化性能测试，并结合表面原子模拟和DFT表面能的计算，研究暴露晶面对相关性能的晶面效应，揭示结构与性能间内在关系，反馈指导材料的设计和合成，力争通过对微观结构的调控实现对宏观特性的控制。本项目的开展不仅能发展SnO2、Fe2O3及Cu2O三种氧化物半导体多面体制备新途径及获得其面效应相关研究，且能为其它金属氧化物的制备和相关研究提供借鉴和指导。

本项目开展了一系列原创性工作，发展了Cu2O、SnO2和Fe2O3三种过渡金属氧化物的制备新途径，探索了其合成机理，系统地研究表面活性剂或无机吸附离子的种类、前驱体的种类和浓度、反应温度等因素对上述选定的重要金属氧化物多面体微纳米结构形成过程的影响规律，实现对Cu2O、SnO2及Fe2O3多面体微纳米结构材料暴露晶面、尺寸的调控，并详细研究了其结构与性能之间的关系。并以Cu2O多面体为模板，得到了一系列具有规则结构的空心结构，其在电学方面展示了非常优异的性能。相关研究工作发表于《美国化学会志》、《德国应用化学》、《先进材料》等国际顶尖杂志。在此项目执行期间，负责人于2013年获得国家自然科学二等奖。