过渡金属化合物基多级结构微纳米材料的合成、机理及特性研究

利用申请者前期制备出的空间构型稳定、尺寸、形貌、表面晶面可调的过渡金属化合物（如：ZnO、Cu2O、MnO2、β-Ni(OH)2）等作为初级结构，借鉴自然界中多尺度、多级次组装的思想，设计组装几种结构新颖、形貌、组成、结构可控的过渡金属化合物基多级结构微纳米材料，并利用有机分子（或高分子）等对纳米晶生长过程的结构导向作用，协调纳米结构间的各种相互作用力，构建一个组装-解离的可控平衡，实现选定过渡金属化合物基微纳米多级结构的组装；系统考察反应参数对产物的形貌及微观结构的影响，探索多元组分、界面耦合对介观尺度材料的成核生长方式、结构和微结构的作用规律，揭示相关的生长机理；研究产物的光学和磁学等特性，力争通过对微结构的调控，实现对宏观性质的控制；在此基础上开拓新体系、发现新结构和新性能，发展简便、温和、环境友好的制备其它新型多级结构微纳结构材料的新途径。

过渡金属化合物因为其独特的力、热、光、电、磁学性质以及表现出的众多协同效应而成为无机固体化学领域的研究热点。具有特殊形貌、尺寸和层次的多级结构微纳米材料在基础科学研究和实际应用中具有重要的意义。因此，设计和制备具有特殊形貌、尺寸的多级结构微纳米材料，并研究材料的结构与性能关系是重要课题之一。湿化学法工艺简单、易于调控，是制备多级结构纳米材料的最有效的方法之一。通过对国内外过渡金属基化合物多级结构的研究情况进行调研，提出了我们研究的思路和进行了具体的实验研究。主要是对过渡金属化合物基微纳米多级结构进行合成以及其相关性能研究，通过简单的湿化学法合成多种多级结构纳米材料，包括：豆荚状Ni/Ni3S2 纳米链、NiS 空心链，Ni类碗状结构，核壳Ni(OH)2@Co(OH)2纳米柱状多级结构，Ni(OH)2沙漏纳米结构，环状和片状Co(OH)2纳米多级结构，Co 纳米颗粒自组装链，多孔Fe2O3纳米片构成的多级结构，分叉的树状多级TiO2纳米阵列，海胆状纳米TiO2多级结构，片状、双椎体、截角立方体、八面体等多种多面体AgBr多级结构，Ag3PO4四足架多级结构和可再循环结构，空心球CuxS纳米多级结构，介孔球、锯齿状多面体氧化亚铜纳米多级结构，ZnO纳米线簇，八面体状、花状SnO2纳米多级结构，小颗粒堆积空心球SnO2纳米多级结构，花状PdI纳米多级结构，二十四面体纳米金等等。并对以上多级结构化合物催化学、生物性能、SERS性能进行了研究。在SCI索引国际期刊发表文章47篇，其中在化学、材料类顶级杂志J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 8389；Adv. Mater. 2011, 23, 5779一经发表，即被Nature Asia Materials作为亮点文章报道。在高影响因子杂志Adv. Fun. Mater. 2010, 20, 3678；Small 2012, 8(18): 2802–2806；Chem. Comm., 2011, 47, 5476；J. Mater. Chem., 2012, 3, 856-861等等发表文章多篇。研究成果在光、电、磁、催化等领域具有重要的学术意义和广泛的实际应用价值。