1、介孔孔道中纳米材料的合成,Seminar I,张敏,指导教师：程谟杰 研究员,主要内容,一、研究背景,四、前景及展望,二、合成方法及策略,合成纳米粒子,合成纳米线,合成纳米管,三、实际应用,多孔材料,有序介孔材料,MCM-41,MCM-48,SBA-15,Sing KSW, Everett DH, et al., Pure & Appl. Chem.,1985,57(4):603-619,研究背景,介孔材料合成机理,Beck JS et al. JACS, 1992,114:10834-108,Huo QS et al., Nature, 1994,368:317-321,介孔孔道中纳米材料的
2、合成方法一步合成法：在自组装合成介孔材料的过程中引入纳米材料的前驱体两步合成法：对介孔材料进行后处理（通过介孔孔道的吸附作用及孔道内表面的Si-OH进行）浸渍法原位还原法离子交换法电化学沉积法配位或共价嫁接气相嫁接法（如化学气相沉积(CVD)）等,介孔孔道中纳米材料的合成策略,前驱体,介孔材料合成液,介孔材料合成液 +前驱体,后处理,无保护消除 介孔孔壁 或高温焙烧,化学气 相沉积,无氧条件 高温热解,保护消除 介孔孔壁,合成纳米粒子,纳米粒子特点,1. 表面原子分布高，比表面积特别大,2. 分散度高,3. 光学、电学、磁学及力学性能的改变,催化应用,常用的纳米粒子合成方法,1. 固相法,2.
3、 sol-gel法,3. 微乳液法,Li L et al., Adv. Mater., 2004,16(13):1079-1082,纳米Pd的合成,方法：原位还原法 特点：金属高度分散，减少了贵金属使用量,Pd/SBA-15的HRTEM像,Pd/SBA-15 的广角XRD图,纳米Au的合成,Asefa T, Lennox RB, Chem. Mater., 2005,17(10):2481-2483,方法：Ag催化的非电化学沉积法 特点：合成高度分散的纳米Au,硫醇保护脱除SBA-15后的 纳米Au的TEM像,不采用硫醇保护脱除SBA-15 后的纳米Au的TEM像,合成纳米线,纳米线特点,1.
4、 独特的光学、电学、磁学性能,2. 空间的交联结构,纳米光学器件,纳米电子器件,超高密度信息存储,常用的纳米线合成方法,液相法 （如金属有机前驱体的热解）,2. 气液固法 （利用激光烧蚀）,有机前驱体的自组装 （平板印刷术）,制备具有 复杂网状结构连接的纳米线 仍然是巨大的挑战,已知的介孔材料的孔道具有 六方、立方及虫孔状等多种结构,In2O3纳米线的合成,Yang HL et al., JACS, 2003,125:4724-4725,方法：一步合成法 特点：形成高度规整的单晶氧化铟纳米线,六方In2O3纳米线的TEM像,100方向,001方向,100方向,111方向,311方向,选区电子衍
5、射（SAED）像,立方In2O3纳米线的TEM像,应用：紫外可见激光器， 检测器，气体传感器,In2O3的广角XRD图,体相In2O3,In2O3纳米线,UV-Vis吸收谱对比图,CdSe纳米线的合成,方法：电化学沉积法 特点：可以有效的复制介孔孔道，得到连续的、空间交联的纳米线,Wang DH et al.，Angew. Chem. Int. Ed., 2004,43:61696173,应用：半导体光电领域,CdSe纳米线111面的TEM像及SAED像,CdSe纳米线的HRTEM像,不同直径的CdSe纳米线 的UV-Vis吸收谱,介孔材料合成液 （手性模板剂）,Co2+或Pt2+,高温下氧气
6、活化再H2还原,手性结构的Co、Pt纳米线的合成,Che SA et al., Nature, 2004,429:281-284,潜在应用：生物传感器手性物质的分离病毒的杀灭等,手性孔道中合成的Co纳米线TEM像,手性孔道中合成的Pt纳米线TEM像,计算机模拟图像,Wu YY et al.,Nano Lett., 2004,4(12):2337-2342,Temperaturecontroller,ethylene,合成纳米碳管,纳米碳管的合成（一）,Zheng F et Al., Nano Lett., 2002,2(7):729-732,方法：CVD方法（介孔中担载的金属作为催化剂） 特点
7、：易于控制纳米碳管的形貌、尺寸的均一性,不同Fe担载量对CNT壁厚的影响,介孔SiO2薄膜上 生长的CNTs的SEM像,纳米碳管的合成（二）,Urban M et al., Diamond and Related Materials, 2004,13: 13221326,无氧条件 高温热解,方法：未除去表面活性剂的介孔材料直接热解法 特点：操作简单,现状及展望,目前的局限：介孔材料的水热稳定较差，限制了这种方法的广泛应用。对介孔材料的合成机理及溶致液晶相的了解不够，还不能得到任意孔道结构的介孔材料，限制了一些复杂结构的纳米材料的合成。,神奇的纳米世界,安装到芯片中的 纳米激光器,半导体压电纳米
8、环,可用于制造原子探针的 新型纳米硅片,“千纸鹤” （ZnO纳米线）,1. 徐如人 庞文琴等，分子筛与多孔材料化学，科学出版社，2004 2. Sing KSW, Everett DH et al., Pure & Appl. Chem., 1985,57(4):603-619 3. Beck JS et al., JACS, 1992,114:10834-108 4. Huo QS et al. Nature, 1994,368:317-321 5. Asefa T, Lennox RB, Chem. Mater., 2005,17(10):2481-2483 6. Li L et al.,
9、 Adv. Mater., 2004,16(13):1079-1082 7. Yang HL et al., JACS, 2003,125:4724-4725 8. Wang DH et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2004,43:61696173 9. Che SA et al., Nature, 2004,429:281-284 10. Wu YY et al., Nano Lette., 2004,4(12):2337-2342 11. Zheng F et Al., Nano Lette., 2002,2(7):729-732 12. Zhu J et al
10、., Chem. Phy. Lette., 2003,380:496502 13. Urban M et al., Diamond and Related Materials, 2004,13:13221326 14. Huang LM et al., Adv. Mater., 2002,14(1):61-64 15. Li N et al., Mater. Lette., 2005,59:925928 16. Choi WC et al., Adv. Mater., 2005,17(4):446-451 17. Perez MD et al., Langmuir, 2004,20:6879-
11、6886 18. Tura C et al., Chem. Mater., 2005,17:573-579 19. Zhao XG et al., J. Mater. Chem., 2003,13:399-403 20. Vhae WS et al., J. Phys. Chem. B, 2004,108:11509-11503 21. Zhao XG et al., Materials Letters, 2004,58:2152-2156 22. Wang XQ et al., Appl. Surf. Sci., 2005,243:151-157 23. Shi KY et al., J. Phys. Chem. B, 2005,109:2546-2551 24. Eliseev AA et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2004,272276: 16091611 25. Ramesh P et al., J. Phys. Chem. B, 2005,109:1141-1147 26. Zheng GF et al., Chem. Mater., 2001,13:2240-2242,参考文献,Thanks For Your Attention ！,
