合成或組裝具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的納米材料的普適策略：從基礎(chǔ)理論出發(fā).pdf

1、納米材料具有與塊體材料大不相同的特殊性質(zhì)，在光學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，這也使納米科學(xué)成為了當(dāng)今最活躍的研究領(lǐng)域之一，眾多學(xué)者為推進(jìn)納米科學(xué)走向?qū)嶋H應(yīng)用而不斷努力著。在過去三十年里，隨著具有各種結(jié)構(gòu)和各樣形貌的納米材料相繼被制備出來，人們逐漸開始認(rèn)識(shí)并理解納米材料形貌結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系，甚至能夠?qū)σ恍┚哂刑囟ㄐ蚊步Y(jié)構(gòu)的納米材料的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　然而，迄今提出的大部分納米材料形貌調(diào)控的機(jī)理尚缺乏基礎(chǔ)理論

2、的全面支撐和各類體系的驗(yàn)證，僅僅是針對(duì)有限的幾個(gè)體系所提出的猜想，故應(yīng)用范圍有限，還無法指導(dǎo)理性設(shè)計(jì)合成所需材料，即停留在“有什么用什么”的層次。那么，如何尋找普適性強(qiáng)的機(jī)理呢？普適的機(jī)理應(yīng)該來源于最基礎(chǔ)的原理，因?yàn)樽罨镜脑磉m用范圍最廣。因此，可否拋開現(xiàn)有的各種機(jī)理的束縛，從基本科學(xué)原理出發(fā)，推導(dǎo)出具有普適性的機(jī)理呢？這是納米材料科學(xué)領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的難題之一。
　　在本博士論文工作中，我們從基礎(chǔ)的物理化學(xué)原理和晶體結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，

3、以具有特殊形貌結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的納米材料為目標(biāo)，通過理性地分析推導(dǎo)，制定出特定的合成策略，提出單晶、多晶、復(fù)合二維組裝體、超晶體四類體系的各種形貌或結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵控制因素，并提出了相應(yīng)的控制策略，進(jìn)而從理論及實(shí)驗(yàn)上，以各種體系的成功來驗(yàn)證所提出策略的普適性。
　　主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)針對(duì)單晶納米粒子的晶面控制問題，由最基本的熱力學(xué)化學(xué)勢(shì)平衡原理和Thomson-Gibbs方程推導(dǎo)出過飽和度與晶體表面能之間的關(guān)系，得出了

4、具有高表面能裸露的納米晶體可以在高過飽和度的生長環(huán)境下得到的結(jié)論。以此為合成策略，成功地應(yīng)用在涵蓋離子晶體、分子晶體和金屬晶體的晶面控制中（例如具有不同晶面裸露的NaCl，TBPe，Au，Pd晶體），且晶面能量高低順序與過飽和度順序一致。并且可以完美地解釋許多文獻(xiàn)中提到的關(guān)于晶面控制的各類實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。
　　(2)針對(duì)多晶納米粒子的粒徑控制問題，創(chuàng)新地將傳統(tǒng)的品種生長法用于制備多晶納米球，獲得了表面粗糙度和粒徑分別可控的均勻金納

5、米球，進(jìn)而將其用于表面增強(qiáng)拉曼光譜研究中的單粒子體系，獲得了靈敏度很高且重現(xiàn)性好的表面增強(qiáng)拉曼散射效果。。
　　(3)針對(duì)納米材料與宏觀材料之間介觀尺度的鴻溝，創(chuàng)新性地拓展晶體外延生長方法，開發(fā)出了一種利用層狀材料的外延生長法，誘導(dǎo)金納米粒子在其表面直接組裝成二維陣列，并適用于各種形狀的納米粒子，為構(gòu)筑跨尺度的納米復(fù)合材料提供了一種新的思路。
　　(4)針對(duì)超晶格這一更高層次材料的形貌結(jié)構(gòu)控制，用DNA分子調(diào)控各向異性納米粒