金屬和金屬氧化物納米晶體的表面結(jié)構(gòu)控制及功能調(diào)控

表面與界面是各類材料的特殊和關(guān)鍵的組成部分，表面與界面的結(jié)構(gòu)直接決定了材料的某些化學(xué)和物理性質(zhì)。本項目運用結(jié)構(gòu)化學(xué)和表面科學(xué)基本原理和研究方法，通過晶體生長環(huán)境的控制和定向化學(xué)刻蝕，實現(xiàn)了納米晶體表面結(jié)構(gòu)的可控制備，進而調(diào)控其晶面相關(guān)的物理化學(xué)特性：提出了通過過飽和度控制微納米晶體表面能的理論，并以此理論為指導(dǎo)，設(shè)計合成了一系列具有不同表面能晶面的微納米晶體；成功地制備了一系列高指數(shù)晶面裸露的Au、Pd、Pt及其合金納米晶體，并研究其表面結(jié)構(gòu)與相關(guān)催化等物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系；發(fā)展了UPD輔助合成貴金屬納米合金的方法，成功制備了{hkl}高指數(shù)晶面裸露的Au-Pd納米晶及比例可調(diào)的八面體Pt-Cu納米合金等；控制合成了具有高能面裸露的SnO2、Cu2O、TiO2等微納米晶體，并對其氣敏和催化性質(zhì)進行了測試；使用“自上而下”定向化學(xué)刻蝕的方法合成出具有螺旋結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料以及具有可見光區(qū)熒光且波長可調(diào)的MgO納米晶簇。以ZnO@ZIF 8納米棒為例研究了半導(dǎo)體氧化物@MOF核殼結(jié)構(gòu)的制備，實現(xiàn)了分子尺寸選擇性的光電檢測；通過對光催化劑不同晶面的選擇性負載提高其光生載流子分離效率。

表面是各類固體材料的特殊和關(guān)鍵的組成部分，眾多化學(xué)反應(yīng)和物理過程也發(fā)生在表面上，表面的結(jié)構(gòu)直接決定了材料的某些化學(xué)和物理性質(zhì)。在納米尺度下，表面的作用尤為突出，納米晶體的生長、性質(zhì)以及進一步的組裝、功能化，皆與其表面結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。本項目擬以晶體的各向異性這一基本性質(zhì)為出發(fā)點，以具有催化等重要物理化學(xué)性質(zhì)的金屬氧化物、金屬納米晶體為主要研究對象，通過晶體生長環(huán)境的控制和定向化學(xué)刻蝕，實現(xiàn)納米晶體表面結(jié)構(gòu)的可控制備，進而調(diào)控其晶面相關(guān)的物理化學(xué)特性。該研究擬發(fā)展納米晶體表面結(jié)構(gòu)控制的新方法，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)控制規(guī)律以及明確表面結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，為具有實用前景的納米晶體的表面、界面行為及功能調(diào)控的提供理論和實踐基礎(chǔ)，進而在表面科學(xué)基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用之間建立起一座橋梁，將單晶體的表面結(jié)構(gòu)與其物理化學(xué)性能調(diào)控的研究從純基礎(chǔ)研究推進到實用化的研究。

采用激光氣相法，固相蒸凝法與液相化學(xué)相結(jié)合技術(shù)，以納米金屬氧化物為研究對象，開展無機功能納米材料的設(shè)計和可控制備研究；尋找制備工藝參數(shù)與微觀結(jié)構(gòu)之間的函數(shù)關(guān)系，建立結(jié)構(gòu)與性能的理論模型；開展納米金屬氧化物粒子作為高性能氣敏傳感材料和高效催化材料的特異性能和應(yīng)用探索研究，對完善納米材料的制備技術(shù)和認識其特性有重要價值。

金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)異的性能，在各個領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用。本項目主要研究金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)在強磁場作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能變化規(guī)律，以澄清金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)在各種條件下的結(jié)構(gòu)－性能之間的關(guān)聯(lián)性；研究在其熔點附近，強磁場作用對金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的形貌變化、結(jié)構(gòu)變化和性能變化的調(diào)控作用及機理，以探索制備新型功能納米材料的新技術(shù)和新方法。.本項目的實施和完成，將強磁場技術(shù)引入納米材料研究領(lǐng)域，有助于研究外場作用對納米材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能的影響規(guī)律，澄清各種條件下納米材料的結(jié)構(gòu)－性能關(guān)聯(lián)性等科學(xué)問題，以及探索和發(fā)展新的功能納米材料制備技術(shù)和制備工藝，為金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)在各種器件中的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

將有機半導(dǎo)體可溶液加工性和無機半導(dǎo)體的高載流子遷移率的優(yōu)勢結(jié)合可獲得光學(xué)和熱穩(wěn)定性良好的復(fù)合材料與器件，近年來在光電子器件領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。本項目采用具有高載流子遷移率的金屬氧化物半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料（量子點、線、管）與有機半導(dǎo)體材料（聚合物電子傳輸材料或者空穴傳輸材料）結(jié)合構(gòu)成混合或者分層薄膜用于OLED中的載流子傳輸層。通過表面鈍化技術(shù)解決金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)材料在混合層中的分散性或者在分層薄膜界面的均勻性，獲得高質(zhì)量的薄膜；借助飛行時間光譜技術(shù)，討論納米材料的結(jié)構(gòu)對OLED器件功能層中載流子遷移率的影響，獲得器件中空穴和電子載流子向發(fā)射層的電荷注入控制與平衡；借助變溫穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)光致發(fā)光、電致發(fā)光光譜，討論復(fù)合載流子功能層對發(fā)光層的激發(fā)機制以及能量傳遞規(guī)律的影響，達到改變電壓在各層的分量，降低器件的無輻射弛豫過程，通過復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化，達到進一步通過器件性能的目的。