铁系多面体纳米晶的生长控制及其电磁性质依赖性研究

The property of nanomaterials depends not only on their morphology and size, but also strongly on their surface structure and environment. Different from spherical nanomaterials, polyhedron, usually surrounded by one or several kinds of crystal facets, has simple surface environment and thus enhanced performances. Especially, the polyhedron surrounded by high-index crystal facets might display outstanding properties because of their exposed high energy facets. These make the synthesis of a series of polyhedron surrounded by different exposed crystal facets, including high-index crystal facets, under similar conditions very important. However, the current methods for the synthesis of polyhedron have low universality and adjustability. The current study on the polyhedron with exposed high-index facets usually focused on the synthesis and catalysis properties of metal, TiO2 and SnO2. The investigations on Fe-series polyhedrons which have more crystal structures and richer electric and magnetic properties are far less than needed. In this project, we will intend to develop universal methods to synthesize a series of Fe-series polyhedrons with different exposed crystal facets (including high-index crystal facets) under similar conditions, and seek the relationship between crystal facet and electric and magnetic properties. This project might not only bring new nanomaterials with excellent properties but also benefit the study on crystal growth process and the directional design and synthesis of functional nanomaterials.

纳米材料的性能不仅和其形貌尺寸有关，还强烈依赖于其表面结构和环境。不同于球形纳米材料，多面体通常由某种或某几种晶面组成，其表面环境单一，性能特点突出。其中高指数晶面外露的多面体更因为其高能面的外露有可能带来不同寻常的优异性能。这使得在相似反应条件下合成一系列不同晶面 (包括高指数晶面) 外露的多面体材料非常重要。然而，当前多面体合成方法的普适性和可调性不强。对高指数外露的多面体的研究大都集中在金属、TiO2和SnO2多面体的合成及其催化性质研究上，对具有丰富晶体结构和电磁学性能的铁系多面体纳米晶的研究非常少。本项目拟开发普适的方法，在相似的环境中生长不同晶面(包括高指数晶面)外露的铁系多面体纳米晶，寻找其晶面与电磁性质之间的对应关系。本项目的开展不仅有可能获得具有优异性能的纳米材料，而且为理论研究晶体生长过程以及定向设计合成功能纳米材料提供物质基础。

纳米材料的性能不仅和其形貌尺寸有关，还强烈依赖于其表面结构和环境。铁系化合物具有成本低、无毒和较高的理论容量，是电化学能量存储和转化中很有前途的材料。本项目主要研究铁系纳米材料的生长控制过程，探索铁系纳米材料的生长机理及其择优生长的影响因素，以获得具有不同晶面外露的的铁系纳米材料。同时研究铁系纳米材料的结构特征的变化对其电、磁等性能的影响，探索其在能源利用和生物医药等方面的应用前景。在本项目的支持下，我们采用各种化学合成的方法，合成了一系列不同成分、不同形貌、不同结构的铁系纳米结构材料(包括单晶胞厚度α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4超薄片、α-Fe2O3中空柱状结构、由α-Fe2O3纳米颗粒组成的多级三维中空结构、Co3O4多层中空结构、Co(OH)2超薄片等)，研究了成分、形貌、结构等因素对其电化学性质的影响，并探索了这些材料在能源、催化等领域的应用，获得了一些具有一定应用前景的铁系纳米结构材料。在本项目的支持下，目前已发表或被接收SCI论文21篇，其中影响因子大于5的13篇；同时在项目资助期间，申请发明专利1项。