基于线状病毒\两亲分子协同自组装可控制备无机多组分纳米结构材料以及几种与"异质界面"相关的催化性能研究

不同无机物种的纳米结构单元在三维空间的可控组装，是构筑具有"异质界面"的纳米结构材料和器件的一个新思路。然而，由于缺乏对不同物种共组装进行调控的有效机制，当前的化学制备与组装方法都不能很好的解决该问题。.基于病毒以及化学两亲分子模板的特点，本项目将它们纳入同一溶液化学反应与组装体系，选择它们分别作为不同无机物种的特异性结合位点，利用成熟的噬菌体展示技术以及基因工程技术手段，建立一种可控制备无机多组分纳米结构材料的新方法。为此主要研究：1、病毒与两亲分子协同自组装行为以及调控机制；2、不同无机物种在两亲分子以及病毒表面特定识别位点处的可控成核、生长与组装；3、具有"异质界面"的多级次纳米结构与相关催化性能关系的研究。.本课题的研究将丰富化学自组装和模板制备技术，其成果将有助于先进的负载型纳米金属催化剂以及无机复合型光催化剂的研制。

由贵金属、光活性半导体等不同无机纳米结构单元自组装形成的复合纳米结构薄膜材料在光解水制氢、有机污染物光催化降解等研究领域具有重要的应用前景。本项目旨在利用生物模板法构筑无机多组分纳米结构薄膜，并研究不同组分间“异质界面”对材料光催化、光电催化性能的影响。.本项目的主要研究内容如下：1、利用鞭毛为纳米线状生物模板制备Au、Ag/TiO2复合纳米结构薄膜，并研究了贵金属纳米颗粒在复合薄膜中的稳定性以及薄膜的光催化活性；2、利用鞭毛为模板，制备了Ni(OH)2/Fe2O3/Ti箔复合纳米结构薄膜，并研究了薄膜光电催化水分解制氢活性；3利用鞭毛为模板，制备了CdS/Au/TiO2/Ti箔复合纳米结构薄膜，并研究了其可见光光电催化水分解制氢性能；4、利用金黄色葡萄球菌为生物模板，制备了具有“磷酸根局部分布”异质界面的多孔二氧化钛纳米结构薄膜，并研究了“磷酸根局部分布”结构对薄膜光电催化产氢活性及光催化染料废水降解活性的影响机制；5、制备了银/氧化锌阵列复合纳米结构薄膜，并研究了薄膜对染料废水的光催化降解活性。.本项目的主要研究结果如下：1、首次发现TiO2多孔纳米结构中“局部分布的磷酸根”异质界面结构所引入的负电场可以有效的促进电子和空穴的分离，从而显著提高光解水制氢活性；2、在Ni(OH)2/Fe2O3复合纳米结构薄膜中，鞭毛的引入可以有效提高光电催化水分解制氢活性；3、鞭毛可以有效的稳定贵金属纳米颗粒，在多组分纳米结构薄膜中，Au, Ag纳米粒子的稳定性也得到显著提高。.本项目的开展为无机多组分纳米结构薄膜的研制、为改善光活性半导体纳米结构薄膜的性能、提高贵金属纳米颗粒的稳定性提供了新思路。