多组分纳米粒子的气-液界面自组装与光/电催化性能研究

纳米粒子可视为放大了的"人造原子"，可组装成具有不同性质的微-纳结构材料，是多学科交叉的前沿研究领域。本项目拟在我们前期工作的基础上如金或钯纳米粒子的气-液和固-液界面自组装，以光/电催化和光电转换等功能为导向，发展贵金属、半导体氧化物与硫（硒）化物多组分纳米粒子的气-液界面自组装的新原理与新方法，包括不同气氛条件和界面浓度或酸度梯度控制下的配体交换等，改变纳米粒子的粒径和组成比，调控组装膜的结构与性能，制备新颖多样的由不同贵金属和/或半导体氧化物、硫（硒）化物纳米粒子形成的多组分微-纳多孔结构薄膜功能材料，对组装膜进行组成和结构等表征及光/电催化和光电流等性能测试，用能谱和光谱等方法研究多组分组装体薄膜中纳米粒子间的相互作用，探讨组装膜的组成及结构与光/电催化和/或光电流等性能之间的关系，揭示多组分纳米粒子气-液界面自组装的规律，发展新的光/电催化和光电转换功能材料。

本项目的主要研究内容和结果有：（一）以光/电催化、光/电转换和传感等功能为导向，发展了贵金属、半导体氧化物与硫（硒）化物等多组分纳米粒子的气-液界面自组装的新原理与新方法。（1）巧妙利用气体/蒸汽的溶解和反应，形成相关组分自表面到本体的浓度梯度，结合界面张力的作用，实现纳米粒子的气-液界面自组装，制备了多种纳米复合薄膜。如（a）以亚锡作为还原剂、保护剂和敏化剂，利用氧气还原产生浓度梯度，诱导表层金属胶粒配体交换，在气-液界面组装成聚苯乙烯球/金或金钯不对称“二面神”复合物有序阵列，作为高灵敏的表面增强拉曼散射基底；（b）将苯胺蒸汽与氯金酸溶液接触，在气-液界面反应组装出花状纳米枝晶金/聚苯胺复合纳米薄膜，构建成性能优异的抗坏血酸电化学传感器；（c）将水合肼蒸汽与混合贵金属前驱体溶液接触，在气-液界面反应组成装草莓状金铂、枝晶多孔钯铂和金钯纳米球等薄膜；将甲酸蒸汽与柠檬酸根保护的金铂合金溶胶或金/铂混合溶胶接触，形成氢离子浓度梯度，降低表面层胶粒配体的电荷，在气-液界面组装得到双金属纳米薄膜；氢气泡模板法沉积组装制备二元贵金属多孔膜；用于电催化和电传感；（d）先后将氨水和硫化铵溶液的蒸汽与铋盐溶液接触，在气-液界面反应组装制备氧化铋/硫化铋复合纳米多孔薄膜，比各单种纳米粒子薄膜的光电化学性能更好。（2）在一种反应液表面加入第二种反应液和表面活性剂（产生表面压），实现纳米粒子的气-液界面自组装。如：在氯化镉溶液表面滴加硫化钠溶液和表面活性剂，在溶液表面得到硫化镉纳米组装薄膜（类似地得到纳米硒化镉膜），在碱性甲醇溶液中经可见光照转换为镉/氢氧化镉/硫化镉纳米多孔薄膜, 显著增强了光电化学性能。（3）将两种气-液界面组装膜逐层转移，得到复合纳米薄膜，如金/二氧化钛；或 （4）将组装膜修饰得到复合纳米薄膜，如二氧化钛/硫化镉；可增强光/电催化和传感性能。（5）二氧化锡/硫化镉薄膜光电化学检测引用水中的铜离子。（6）铋半导体钝化膜的特异光电化学性能。（7）卤氧铋脱卤嵌硫，调控能带，增强光电化学性能。（二）在纳米多孔金表面修饰氢氧化镍或氧化铜，构建成基于双电子载体Au/Au(I)-M(II)/M(III)的新型高灵敏度葡萄糖电化学传感器。（三）发现并用XPS等方法证实：金、铜等微/纳结构金属表面可自发吸附空气中的有机污染物，从而具备超疏水性能。（四）培养了2名博士生和8名硕士生。