一维超分子层状金属氢氧化物纳米材料的可控合成及性能研究

The insertion of organic groups into layered hydroxides has attracted considerable attention in the past few years because the supermolecular organic-inorganic hybrid materials thus formed is of great interest to both fundamental viewpoint and potential applications in the areas of catalysis, sensors, optics, sorption, photochemistry, or magnetism. The synthesis of supermolecular layered hydroxide nanostructures with well-defined morphology, size, composition, stoichiometry, and/or crystal structure remains a great challenge. We have recently found that one-dimensional nanostructures of layered hydroxides intercalated with some organic groups can be formed directly in water. The procedure has the advantage of being very cheap, mild and "green" as no organic solvents or surfactants (capping regents) are involved and NaOH are used as an alkaline reagent. On the basis of our results, the project will develope a method for fabricating one-dimensional supermolecular nanostructures of layered hydroxides without the necessity for any templates or surfactants, which is simple, economic and amenable to scale-up. The supermolecular structures, the growth mechanism of the one-dimensional nanostructures，the interaction between the host and guest as well as the relationship between the structures and properties of the supermolecular nanomaterials will be deeply and systematically investigated. We believe that this new strategy will provide novel fundamental material and technical approach for the development of functional supermolecular nanomaterials.

有机插层层状金属氢氧化物是多学科交叉后崛起的一类新型超分子功能材料，在吸附与分离、催化、发光、传感等领域具有广泛的应用前景。本项目基于已有的研究基础，提出基于层状金属氢氧化物晶体结构的各向异性，在水相中不使用任何表面活性剂和模板的条件下可控合成一维（纳米棒、纳米纤维）有机-无机复合层状金属氢氧化物纳米材料；通过合理的结构设计和实验条件的优化，实现具有特殊功能的有机和无机基元在分子尺度上的复合和有序组装，制备出一系列具有优异物理、化学性能的先进超分子纳米结构功能材料，拓展其应用领域；从分子层次揭示主客体作用方式以及该一维超分子纳米结构的形成机制和构筑原则；围绕此类新型一维超分子纳米结构功能材料的结构设计、制备规律及其组成、结构、形貌和性能的关联性开展基础和应用基础研究，为具有国家重大需求的超分子层状纳米材料的合成、组装和功能化提供理论和技术支持。

有机插层层状金属氢氧化物是多学科交叉后崛起的一类新型超分子功能材料，在吸附与分离、催化、发光、传感等领域具有广泛的应用前景。如何实现超分子层状金属氢氧化物纳米结构材料的高质量可控合成，是该材料功能化及其应用的关键，是当前该研究领域的前沿、热点与难点。本项目以廉价的水溶性盐为反应物，在不使用任何有机溶剂、表面活性剂、修饰剂和模板的条件下水相中成功地制备了一系列长度从几微米到几百微米的均匀、稳定的具有高纯度和高结晶度 的一维苯甲酸或水杨酸根插层的层状金属氢氧化物纳米纤维（纳米棒）；利用SEM/TEM/HRTEM/EDX/XRD/XPS/EA/FTIR/TGA/UV−vis等各种表征工具对其化学组成、晶体结构、形貌、粒子尺寸与分布等微观结构进行了详细表征；系统研究了反应条件对产物的影响，从分子层次揭示了该一维超分子层状纳米结构的形成机制，实现了一维超分子层状金属氢氧化物纳米材料的简单、经济、绿色、可控制备；以所制备的一维超分子层状金属氢氧化物为前驱体和模板原位合成一维碳-金属或碳-半导体纳米复合材料，获得的纳米复合材料具有高纯度、高结晶度、高分散性等结构特征，其表现出的优异性能（高催化活性、高稳定性、易于回收等）使其在能源、环境、化工等领域中的实际应用成为可能。该项目建立了一种基于各向异性晶体结构，可控合成一维层状金属氢氧化物的纳米材料的新方法，同时发展了以其为前驱体和模板合成高质量一维碳纳米复合材料的新方法，为发展先进纳米功能材料提供了新的技术途径和科学基础。