纳米粒子的自组装 摘要：本文主要介绍了自组装的相关基础知识，并具体对纳米粒子的自组装进行了介绍，通过组装单元的类型对纳米粒子的自组装进行分类。组装单元有柔性的也有刚性的，有各向异性的也有各向同性的。分为各向同性刚性粒子的自组装、各向异性刚性粒子的自组装、各向异性柔性粒子的自组装以及各向同性柔性粒子的自组装这四类进行了详细介绍。 关键词：纳米粒子，自组装，刚性，柔性，各向同性，各向异性 1引言 组装在汉语释义中，是指把零散的部件组合在一起，使成为整体，组装的过程中，用到的是人力或者机械力。与日常生活中的“组装”不同，自组装（self-assembly）是指在非共价力的作用下，小分子、大分子或纳米粒子组合成规则有序的物体。这里的非共价力包括范德华力、氢键、静电作用、疏水作用、偶极相互作用等，称为自组装的驱动力，非共价力不是人手或者机械可以操控的，非共价力的操控需要人们对于物理化学的原理的理解和运用。自组装形成的规则有序的物体称为自组装体或者组装体（assembly），形成组装体的原料成为组装单元（building block），根据组装单元的不同，相应的就有小分子自组装、大分子自组装和纳米粒子的自组装。 图1.1是不同尺度物体生产的空间坐标轴，在坐标轴的右侧，常规加工可以制造各种尺寸大于0.1mm的物体，制造的技术已经非常成熟。微加工（microfabrication）则可以制造各种复杂形貌的微米物体（1-100μm），比如用双光线技术。在坐标轴的左侧，在零点几纳米到几纳米的尺度内，有机化学已经可以根据需要设计合成各种目标分子，技术已经非常成熟；在几个纳米到几百纳米范围内，高分子化学家则可以合成各种构造的高分子入梳形高分子，胶体化学家可以合成各种纳米晶体如八角状的纳米晶体，该尺度范围内，虽然还不能按照需要任意地制备物体，但是已经可以制造很多种不同结构不同形貌的物体，然而对于位于坐标轴中间的几十纳米到几个微米的尺度范围来说，该尺度大于化学合成所能制备的物体的上限，小于常规加工和微加工所能达到的下限，该尺度范围内的制造需要人们通过物理化学的原理的理解和使用来完成，这就是大分子自组装以及纳米粒子的自组装的任务所在。 图1.1 Fabrication of objects at all scales 大分子自组装经过三十年的发展，通过嵌段共聚物溶液自组装的方法可以制备二三十种
纳米材料的自组装综述 专业：高分子材料与工程 摘要： 自组装技术是制备纳米结构的几种为数不多的方法之一。本文对最近几年自组装技术在纳米科技领域中的一些重大突破和成果进行较为系统地综述,主要包括以下几个方面:自组装单层膜、纳米尺度的表面改性、超分子材料、分子电子学与光子晶体。 关键词： 自组装; 纳米技术; 材料；超分子材料 1 引言 纳米科学与技术是一门在0. 1～100 nm 尺度空间研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。它以现代先进科学技术为基础,是现代科学(混沌物理、量子物理、介观物理、分子生物学) 和现代技术(计算机技术、微电子技术、扫描隧道显微技术、核分析技术) 相结合的产物。它的最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造具有特定功能的产品。纳米技术作为21 世纪新的推动力,将对经济发展、国家安全、人民生活、以至于人们的思维产生深远的影响[1 ] 。 自组装是在无人为干涉条件下,组元自发地组织成一定形状与结构的过程[2 ] 。自组装纳米结构的形成过程、表征及性质测试,吸引了众多化学家、物理学家与材料科学家的兴趣,已经成为目前一个非常活跃并正飞速发展的研究领域[3 ] 。它一般是利用非共价作用将组元(如分子、纳米晶体等) 组织起来,这些非共价作用包括氢键、范德华力、静电力等[1 ,4 ] 。通过选择合适的化学反应条件,有序的纳米
结构材料能够通过简单地自组装过程而形成,也就是说,这种结构能够在没有外界干涉的状态下,通过它们自身的组装而产生。因此,自组装是制备纳米结构的几种为数不多的方法之一[2 ] ,它已成为纳米科技一个重要的核心理论和技术。纳米材料因其尺寸上的微观性，从而表现出特殊的光、电、磁及界面特性。这些特性使得纳米材料广泛应用于各种领域：涂料 [5 ]、催化剂[6-7] 、电化学[8] 、光化学[ 9]及材料科学[10-12 ](如光电子器件)。 2 自组装单层膜 分子与生物分子膜正在被广泛应用到许多研究领域。自组装单层膜就是其中的一个研究重点。它是分子通过化学键相互作用,自发吸附在固/ 液或固/ 气界面,形成热力学稳定和能量最低的有序膜。在适当的条件下,自组装单层膜可以通过不同类型的分子和衬底来制备,常用的衬底有Au (111) 、Pt(111) 、Ag 、Al 、Si 、云母、玻璃等。 目前,研究最多的自组装单层膜可以分为三种类型[13 ] :由脂肪酸自组装的单层膜; 由有机硅及其衍生物自组装的单层膜;烷烃硫醇在金表面自组装的单层膜。它们的原理很简单,一个烷烃长链分子 (带有10～20 个亚甲基单元) ,其头部基团吸附到所用的衬底上,如硫醇(S —H) 头部基团和Au (111) 衬底已被证明可以进行完美的结合,它代表了一种控制表面性质的模式。硫醇分子在溶液中很容易吸附到金衬底上,形成一密集的单层,尾部基团从表面伸向外部,通过应用带有不同尾基的硫醇分子,化学样品的表面功能可以在很大范围内进行调节。自组装单层膜有着广泛的应用,如电子传输的研究、生物
1.简单论述纳米材料的定义与分类。 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类. 3.通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 4.论述碳纳米管的生长机理。 5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 6.解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。 7.论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。 8.什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 9.写出公式讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。 10.纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。 11.论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中自组装纳米结构形成的条件是什么。 13.简单讨论纳米颗粒的组装方法 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳米结构应该具有增强物理和化学性 能。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。
[1]崔铮. 微纳米加工技术及其应用（第二版）. 北京：高等教育出版，2009.5 [2]王国彪. 纳米制造前沿综述. 北京：科学出版社，2009.3 31引言 “自上而下”与“自下而上”纳米制造技术 当前的纳米制造技术广义上可分为“自上而下”和“自下而上”两类。 自上而下的方法是指从宏观对象出发，对宏观材料或原料进行加工，完成纳米尺度结构特征的制造。主要涉及的技术包括切割、刻蚀以及光刻等。“自上而下”的加工方式，其最小可加工结构尺寸最终受限于加工工具的能力：光刻工具或刻蚀设备的分辨能力等。 自下而上的方法是指从微观世界出发，通过控制原子、分子和其它纳米对象，制造期望的纳米结构、器件和系统。主要包括自组装和通过工具辅助对不同的纳米尺度对象进行纳米操作。上一讲介绍的原子、分子操纵即属于纳米操作。这一讲主要介绍自组装纳米制造技术。 自组装（self-assembly） 自组装是一个非常广义的概念，任何一种由独立个体自发地形成一个组织、结构或系统的过程都可以称之为自组装。它是通过各种类型的相互作用力将各种结构单元组织在一起的，是自然界中广泛存在的现象。 不同尺度的自组装系统 自组装系统的尺度范围广，可以是微观的、介观的或宏观的，小到原子核，大到宇宙天体，均存在广义上的自组装现象，如图。 静态自组装和动态自组装 自组装可分为两大类： 静态自组装（S）是指那种在全部或者局部范围内平衡的体系，它不需要消耗能量。在静态自组装中，形成有序的结构是需要能量的，但是组装结果处在能量极小或最小状态，一旦形成，它就非常稳定，目前大多数关于自组装的研究都是这一类型。如原子、离子和分子晶体，相分离和离子层状聚合物，自组装单层膜，胶质晶体，流体自组装等。 动态自组装（D）发生机制必须在系统消耗外界能量的情况下才能发生，一旦有能量的散失，形成的结构或系统中的各个单元之间就会有相互作用产生而被破坏。如生物细胞，细菌菌落，蚁群和鱼群，气象图，太阳系，星系等。动态自
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910192707.X (22)申请日 2019.03.14 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号 (72)发明人 董安钢 吴冠宏 杨东 韩文茜 李明重 邓雨薇 邹金祥 宁静 杨于驰 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 张磊 (51)Int.Cl. C01G 49/08(2006.01) C01G 53/00(2006.01) C01G 45/02(2006.01) C01B 32/198(2017.01) C01B 32/90(2017.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称一种高效、通用的二维纳米片-零维纳米晶共组装方法(57)摘要本发明涉及一种高效、通用的二维纳米片-零维纳米晶共组装方法，本发明采用溶液法合成长链有机配体（如油酸/油胺）包覆的纳米颗粒，分散在非极性溶剂里（如正己烷、甲苯），再利用氟硼酸类化合物（如氟硼酸、重氮四氟硼酸盐、四氟硼酸亚硝等）将纳米颗粒交换到极性溶剂（如N ,N -二甲基甲酰胺）中，此时纳米颗粒的ζ电势为正。接着利用绝大部分纳米片（如氧化石墨烯、过渡金属二硫族化合物、层状金属氧化物、C 3N 4、六方氮化硼、过渡金属碳化物等）的ζ电势为负，通过混合，诱导纳米片与纳米颗粒通过静电组装，得到二维-零维纳米晶。本发明思路新颖，适用广，简单，成本低，功能、应用随组分改变可广 泛调节。权利要求书1页 说明书5页 附图5页CN 109879328 A 2019.06.14 C N 109879328 A
流动场下纤维素纳米晶自组装机制研究及其功能复合材料的构 筑 我们之前的研究工作证实了真空辅助过滤的方法(VASA)可以用 于制备大面积高取向的CNC彩色膜。与传统的溶剂挥发方法(EISA) 相比,过滤法耗时短,所制备的膜颜色更均一。然而,过滤过程中纳米晶自组装形成有序结构的动力学机制还未加以阐释。通过研究真空过滤辅助自组装分阶段制备的样品,我们发现在真空过滤形成的流动场下,纤维素纳米晶只是在悬浮液和滤膜的界面处发生富集凝胶化,这 层凝胶干燥后形成彩色固体膜。改变过滤时间制备的纤维素纳米晶膜均具有彩虹色,且随着过滤时间的延长,膜的厚度逐渐增加。膜样品的紫外光谱数据分析表明,不同过滤阶段所制备的膜对紫外可见光都表现出“消光”性;SEM分析结果表明纤维素纳米晶颗粒在膜中聚集成螺旋层状结构。对不同过滤阶段上层悬浮液的纳米晶颗粒用DLS测试了纳米晶粒径分布,紫外光谱测试分析比较了颗粒浓度的变化,AFM方法监测了颗粒形貌尺寸的整体变化。结果表明在真空抽滤过程中,上层悬浮液的浓度保持恒定,在纳米晶自组装过程中,多分散性的纳米 晶颗粒也没有发生颗粒的分级沉降。因此,宏观上真空过滤辅助自组装过程中,纤维素纳米晶彩色膜的形成是一个序列沉积自组装的过程,期间上层纳米晶悬浮液的浓度和颗粒大小分布没有发生变化。胆甾相CNC彩色膜的颜色是一种结构色,这种结构色不能够被复制,也不会有光漂白的缺陷,在光学防伪技术方面有潜在的应用价值。然而纯粹的CNC彩色膜具有硬脆性而难以加工处理。另一方面,为了发挥CNC膜
用作防伪材料使用时的优势,通过调控其液晶结构来调控膜的颜色十分重要,但目前制备颜色可调控的柔性CNC彩色膜的方法尚待开发。我们采用真空辅助渗透的方法,将一种可以溶解纤维素的离子液体和水的混合溶液穿过预制的纤维素纳米晶彩色膜,使少量离子液体均匀附着在纤维素纳米晶颗粒的表面,起到增塑剂的作用以改善纤维素纳米晶彩色膜的硬脆性。通过改变混合溶液中离子液体的百分含量,制备了一系列离子液体增塑的彩色膜。机械性能测试分析结果表明,离子液体的参与使硬脆的彩色膜软化;紫外光谱分析表明,随着彩色膜中离子液体含量的增加,彩色膜的最大反射峰的位置发生渐次红移,表明这种后渗透处理方法还可以调控彩色膜的颜色。SEM和EDX分析测试结果表明,离子液体均匀渗透进入到彩色膜中,从而提高了彩色膜的热稳定性。所制备的柔性彩色膜可以进一步热压处理,使纳米晶颗粒之间由于离子液体对纳米晶表面的纤维素的溶解作用而发生熔合焊接,从而进一步提高彩色膜的韧性。前期的工作中我们曾将二维片状材料氧化石墨烯(GO)的水分散液和CNC悬浮液混合,在真空过滤形成流动场下共组装制备了复合膜材料,研究发现GO的分散状态对纤维素纳米晶自组装结构有影响。我们还制备了CNC与热还原氧化石墨烯(TRGO)的复合功能材料,该材料随着含水量不同,微结构发生变化而引起颜色可逆变化。目前,将具有特殊光学活性的纳米材料与纤维素纳米晶共组装形成具有多重光学性能的杂化功能复合材料,是制备基于纤维素纳米晶液晶组装光学防伪材料的一种有效途径。本研究工作中,我们将纤维素纳米晶悬浮液和碳量子点水溶液混合后,采用
04-P-854 多组分单分散纳米晶的多尺度分级自组装 徐翔星，王 训* 清华大学化学系, 北京100084 E-mail: wangxun@https://www.doczj.com/doc/4e6409183.html, 单分散纳米晶单元的自组装技术是一类自下而上的，在尺度、成分、结构和成本上有望超越当前光刻技术的一个研究热点。通过自组装获得的各种二元或多元纳米晶超晶格，具有精确可控的化学成分和排列结构。然而如何通过纳米晶自组装获得多尺度分级结构，仍然是该领域的一个挑战。本文提出并发展了一种新的纳米晶自组装方案，可一步制备从纳米超晶格到大尺度有序图案化的分级结构，实现成分、功能和多尺度结构上的可设计性。在催化、传感、电子、能源及生物等领域具有重要的应用潜力和前景。 Fig. 1 Self-assembled hierarchical architectures from nanocrystal building blocks 关键词：单分散纳米晶；自组装；多尺度结构。 参考文献： [1] E. V. Shevchenko, D. V. Talapin, N. A. Kotov, S. O’Brien, C. B. Murray, Nature 2006, 439, 55–59 [2] A. M. Kalsin, M. Fialkowski, M. Paszewski, S. K. Smoukov, K. J. M. Bishop, B. Grzybowski, Science 2006, 312, 420-424 [3] Z. Chen, J. Moore, G. Radtke, H. Sirringhaus, S. O’Brien, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15702-15709 Hierarchical Architectures Self-Assembled from Multi-component Monodispersed Nanocrystals Xiangxing Xu, Xun Wang* Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084 Self-assembly of monodispersed nanocrystals as building blocks has been intensively studied. It is one of the ‘bottom-up’ approaches that may challenge the current lithography techniques in dimension, composition, structure and cost. Abundant binary and ternary nanocrystal superlattices have been obtained though self-assembly with chemical component and structure precisely controlled. However, a major challenge still remains in developing methods achieving hierarchical architectures from nanocrystal self-assembly. Herein, we report a one-step self-assembly method covering the nanoscale superlattice and the macroscale ordered patterns, with designable composition, function and structure. This approach may give new opportunities in applications of catalysis, sensing, electronics, energy and bio-technique. 326
纳米材料与纳米结构复习题 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 按维数，纳米材料可分为三类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类。 答：原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体（粒径一般等于或小于1nm） 例如: C n H m（n与m都是整数）；碳簇（C60、C70和富勒烯等） 原子团簇的分类： a 一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。 b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如Zn n P m, Ag n S m等。 c 多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V n(C6H6)m等 d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag)n(NH3)m等。3.通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常灵敏的方法。100-400cm-1范围内出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式；1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w。式中的d单壁管的直径，nm；w为特征拉曼峰的波数cm-1 4.论述碳纳米管的生长机理。 答：采用化学气相沉积（CVD)在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。 各种生长模型 1、五元环－七元环缺陷沉积生长 2、层－层相互作用生长 3、层流生长 4、顶端生长 5、根部生长 6、喷塑模式生长 7、范守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke)的合理性 生长机理 表面扩散生长机理：不是生长一内单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管
多分散纳米粒子体系中自限性单分散超粒子的自组装 摘要： 众所周知，纳米颗粒通过自组装不断增长形成较大结构依赖纳米粒子的均匀性。在这里，我们展示了即使不均匀的无机纳米粒子也可以自发的自组装形成均匀大小的核壳形态的超 粒子。这种自我限制的增长过程是有静电斥力和范德瓦尔斯引力之间的平衡来控制的，而且由宽广的多分散纳米粒子以辅助。由于纳米粒子的组成、大小、形状等这些本身的属性，使得反应产物具有复杂性，形成了自组装结构的大家庭，包括分层次组织的胶状晶体。 单分散的二元混合物纳米粒子或各向同性的高度分散纳米粒子都可以在不同反 应的控制下生成更大的、微观尺度的结构。尤其，片状的纳米结晶颗粒更容易沿着特定的轴吸引在一起，使结构变得更复杂。对于大多数自发地形成块体的纳米微粒来说，反应是不间断进行的，直到组分耗尽或纳米颗粒形成干燥的结晶、复杂固体、沉淀物。在许多情况下，整个产生过程是由强烈的非平衡过程调节，所以产品取决于动力学因素，尤其是单个纳米粒子的一致性上。 一个涉及非均匀的无机纳米颗粒而且导致最终结构高度有序的自限性自组 装过程，将从概念上不同于目前已知的自组织反应。如果发生这样的反应很容易而且廉价，它就可以从应用上改变光转换、太阳能光伏和药物传递等领域。类似于基于单分子层的自限性增长的分层生长组装技术，自限性超结构纳米粒子在产品装配上将会提供极大的适用性，而且对形成块体的成分需求放宽，几率增大。因为自我限制结构在生物系统中士普遍存在的，通过无机纳米晶实现的那些结构有可能产生一些意料之外的，而且介于无机胶体和生物大分子之间的物质，组装成的无机结构复杂性比得上类似的生物结构。在这里，我们用CdSe、CdS、ZnSe 和PbS纳米粒子展示了这样的组装是可能的，而且只需要竞争和各向同性的条件。这种简单但是通用的装配机制可以用来产生复杂的半导体和金属-半导体超结构，这都显示了几何一致性、几何形状、有无各向异性的重要。 CdSe纳米粒子组装成超粒子 通过微量带有较多电荷的柠檬酸盐阴离子来实现稳定的CdSe纳米粒子作为 开始的一个模型系统，这是由于他们都有良好的光学性能，二者结合后有较强的静电作用和范德瓦尔斯力。纳米粒子多为多晶，外形多为不含明显晶面的不规则球形。CdSe纳米粒子生长和组装同时发生在80℃的溶液环境中。必要时，可以用冷的反应媒介使反应减慢或者暂时停止。在反应的20分钟以内的时候，可以看到平均直径是22±2.4nm、尺寸分布δSP=11%的超粒子，这些用TEM可以观察到。在参照着TEM照片，这些超粒子可以命名为CdSe-20.这种成分的纳米粒子的平均直径是2.9±0.7nm，在电镜下属于这种直径分布的概率是25%。令人诧异的是这些
超细纳米结构合成及自组装 王 训 清华大学化学系，100084，北京 E-mail: wangxun@https://www.doczj.com/doc/4e6409183.html, 纳米材料新奇的物理化学性质通常在尺寸小于5纳米的区域内体现的更为明显，作为结构基元时，由于其丰富的表面、界面性质及超细尺寸，偶极-偶极相互作用、分子间作用力等非化学键作用力在自组装过程中作用更为显著，可呈现出不同于分子自组装及传统晶体生长模式的物理化学新现象。王训课题组围绕超细纳米结构基元自组装规律开展了研究工作。通过筛选表面活性剂及溶剂体系，对ZrO2、SnO2、TiO2等超细纳米晶进行了尺寸及维度限制，系统研究了尺寸相关的相稳定、催化等性质；对超细纳米晶/纳米团簇在一维、二维、三维体系的自组装进行了研究，探讨了结构基元间相互作用力对自组装过程的影响。 Fig. 1 F-HAp ultrathin nanowires. Fig. 2 Fluorescence photography of the PDMS/HAp samples obtained by camera via excitation with 254nm wavelength UV-light 关键词：超细纳米晶；自组装； 参考文献： [1] Guolei Xiang, Xun Wang*, et al. Size-Promoted Surface Activities of Rutile and Anatase TiO2 Nanocrystals: Enhanced Surface Modification and Photocatalytic Performance. Chem. Eur. J. 2012, accepted. [2] Biao Xu, Xun Wang*. Small 2011, 7, 3439-3444 [3] Amjad Nisar, Yao Lu, Jing Zhuang, Xun Wang*. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3187-3192. [4] Zhihong Tang, Shuling Shen, Jing Zhuang, Xun Wang*. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4603-4607. Controlled Growth of Ultrathin Nanocrystals and their Self Assembly Xun Wang Department of Chemistry, Tsinghua University, 100084, Beijing This project aims at developing the strategy for self-assembly of ultathin nanocrystals with diameters below 5nm as well as the construction of functional systems.
［综合评述］ 03-0429-08 收稿日期：2010- 10-12．基金项目：国家重大科学研究计划项目（批准号：2011CB932401）和国家自然科学基金创新研究群体项目（批准号：20921001）资助． 联系人简介：李亚栋，男，博士，教授，博士生导师，主要从事纳米材料的合成及应用研究．E- mail ：ydli@mail．tsinghua．edu．cn 彭卿，男，博士，副教授，主要从事无机半导体纳米材料的制备及性能研究． E-mail ：pengqing@mail．tsinghua．edu．cn 在过去的20年间，晶态胶体粒子的制备技术有了长足的发展［1 9］．人们在不断获得各类新型纳米晶的同时，也一直致力于探寻它们的功能性质，特别是希望在一定尺度上实现其规模化应用．将纳米晶作为构建单元，组装成三维有序的高级结构（组装体），并发挥整体的集合性能，被认为是由微观材料向介观甚至宏观器件模块迈进的一条可能的途径． 胶体纳米晶三维有序组装体是纳米晶按照一定的规则立体堆积而形成的周期结构．这种结构往往 与晶体中原子的长程有序阵列有很多相似性，也被人们称为纳米晶的“超结构”或者 “超晶格”．其中规模较大的（尺寸不小于微米量级）、块状的纳米晶超晶格又被称为“超晶体” 或“胶体晶体”．超晶格的构筑主要依靠纳米晶本身或者其表面修饰分子之间存在的范德华力、电性力、磁作用力、分子表面作用和熵驱动作用等，Grzybowski 等 ［10］已经就此作出了较为全面的论述（表1）．Table 1 Interaction potentials for nanocrystals （spherical models ）［10］ Interaction type Formula Range
功能纳米晶：合成、组装以及稳定性 权泽卫 洛斯阿拉莫斯国家实验室 简介： 理学博士，2000-2004在武汉大学化学基地班专业读本科，之后被保送到中国科学院长春应用化学研究所攻读博士学位（2004-2009），导师为稀土资源利用国家重点实验室林君研究员。此后在State University of New York at Binghamton（纽约州立大学宾汉姆顿分校）从事博士后研究，合作导师Prof. Jiye Fang。2012年获得J. Robert Oppenheimer Distinguished Postdoctoral Fellowship (奥本海默奖学金--美国国家实验室设立的对全球开放的最高奖学金，全球每年获奖者不超过2位)，之后就开始了在Los Alamos National Laboratory（洛斯-阿拉莫斯国家实验室）的博士后研究工作，合作导师为Dr. Hongwu Xu。科研工作主要集中在各种功能纳米材料的合成、组装和稳定性研究。截止目前，在Journal of the American Chemical Society、Nano Letters、Accounts of Chemical Research、Nano Today 等学术期刊发表论文73篇，总引用数为2767，H-index为30。 报告摘要： 基于其独特的量子尺寸效应，纳米晶的研究在多个领域受到了很大的关注，此报告将覆盖以下三个主要方面： 第一， 根据特殊功能材料发展的要求，我们利用高温溶液技术制备了多种纳米晶（包括稀土，半导体以及贵金属），并且成功控制纳米晶的晶体结 构，形貌，尺寸，表面配体，结构组分包括掺杂等各个方面。 第二， 高质量的纳米晶是组装器件的理想构建基元，同时也是发现纳米晶新的整体性质的基础。在前期工作基础上，我们的研究集中在利用基于 同步辐射的小角x衍射（SAXS）和掠入小角x衍射（GISAXS）技术来 研究非球形纳米晶的组装行为，发现了出乎预料的组装结构。 第三， 当材料处于纳米尺度时，其结构的稳定性是非常重要的一个研究方
自组装制备纳米材料的研究现状 摘要 文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。 关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜 前言 纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。 纳米科学 生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。 著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。随后日本、德国、中国等国家也先后提出了本国的发展计划，这标志着在世界范围内的发展纳米科技的热潮到来。国内外科技界广泛认，纳米科技在本世纪将发挥极为重要的作用，如同20世纪70年代开始发展起来的微电子学技术推动了信息技术的发展，甚至像一个半世纪前将微米作为新的精度标准从而奠定了工业革命的基础一样，将对人类的生产、生活带来深远影响。“最早和最好学会使用微米科技的国家，都在工业发展中占据了巨大的优势，同样，
新型两相体系中铂纳米自组装体的可控合成 柴占丽*，索全玉，王晓晶 1内蒙古大学，内蒙古呼和浩特市内蒙古大学化学化工学院，010021 作为阴极材料的铂基催化剂的耐久性差被公认为最大的问题之一，这一缺点可以通过设计合成铂的自组装纳米结构加以改善[1-3]。可是，铂的纳米自组装体在没有模板的情况下很难实现形貌控制。这里，我们分别利用新型固-液和液-液两相体系，合成了不同形貌的铂纳米自组装体，例如由纳米小颗粒组装而成的铂纳米球，由枝状小颗粒组装而成的铂空心纳米球, 由八面体纳米晶组装而成的Pt纳米花。并且，系统研究了反应时间、温度、溶剂极性等合成条件对Pt自组装体形貌的影响。结果，我们发现，两相界面的存在是不同Pt自组装体成型的主要原因，而体系的还原性、温度、反应时间等对Pt自组装体的形貌也具有一定影响。我们在这里提出了一种简单高效的制备纳米自组装体的方法，并且该方法可以推广其它纳米金属材料的合成当中。 关键词：两相体系，铂催化剂，自组装，可控合成 参考文献 [1] Xia B. Y.; Ng W. T.; Wu H. B.; Wang X.; Lou X. W. Angew. Chem. Int. Ed.2012, 124, 7325. [2] Unni S. M.; Pillai V. K.; Kurungot S. RSC Adv.2013, 3, 6913. [3] Zhou J.; Chen M.; Diao G. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 2278. Novel Two-phase Synthesis of Platinum Nanoassembles Z hanli Chai*, Quanyu Suo, Xiaojing Wang College of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, P. R. China The short-term durability of Pt catalyst at the cathode is recognized as one of the key challenges, which could be improved by designing self-assembled Pt nanostructures.[1-3]However, the morphology control of Pt nanoassembles without template is limited to be achieved. Herein, different morphologies of Pt nanoassembles were synthesized in novel polyol-water mixture. Furthermore, the influences of reaction conditions, such as duration time, temperature, solution’s hydrophily, on the morphology of Pt nanoassembles were studied. As a result, the main incentive for these various Pt nanoassembles was the phase interface，meanwhile, other factors, such as the reducibility of the system, temperature, reaction time, could also impact on the morphology of Pt nanoassembles. Herein, a promising and facile procedure for self-assembled nanostructures was demonstrated, which could be used in other novel metals. 148
纳米结构的制备方法 学生姓名：曹琰学号：20115041096 学院：物电院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教 摘要：首先介绍什么是纳米结构以及纳米结构的分类，再主要说明纳米结构的制备方法及研究现状，最后叙述纳米结构的应用和前景。 关键词：纳米结构；制备方法；应用 1引言 著名的诺贝尔奖获得者查德费曼早就提出了一个令人深思的问题：如何将信息储存到一个微小的尺度?令人惊讶的是自然界早就解决了这个问题，在基因的某一点上，仅30个原子就隐藏了不可思议的遗传信息，如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹。今天，纳米结构的问世以及它所具有的奇特的物性正在对人们生活和社会的发展产生重要的影响，费曼的预言已成为世纪之交科学家最感兴趣的研究热点。纳米结构体系是当前纳米材料领域派生出来的含有丰富的科学内涵一个重要的分支学科，由于该体系的奇特物理现象及与下一代量子结构器件的联系，因而成为人们十分感兴趣的研究热点。20世纪90年代中期有关这方面的研究取得重要的进展，研究的势头将延续到21世纪的初期。 2纳米结构的概念及分类 从基础研究来说，纳米结构的出现，把人们对纳米材料出现的基本物理效应的认识不断引向深入[1]。无序堆积而成的纳米块体材料，由于颗粒之间的界面结构的复杂性，很难把量子尺寸效应和表面效应对奇特理化效应的机理搞清楚，纳米结构可以把纳米材料的基本单元（纳米微粒、纳米丝、纳米棒等）分离开来，这就使研究单个纳米结构单元的行为、特性成为可能。更重要的是人们可以通过各种手段对纳米材料基本单元的表面进行控制，这就使我们有可能从实验上进一步提示纳米结构中纳米基本单元之间的间距，进一步认识他们之间的耦合效应。因此，纳米结构出现的新现象、新规律有利于人们进一步建立新原理，这为构筑纳米材料体系的理论框架奠定基础[2]。
纳米组装体系及其研究进展／司伟等?８９? 纳米组装体系及其研究进展＋ 司伟翟玉春 （东北大学材料与冶金学院，沈阳１１０００４） 摘要评述了近年来纳米组装体系，如纳米微球材料、纳米团簇、纳米介孔复合、纳米有序阵列等体系的研究进展，总结了这几类物质的先进合成方法，展望了其应用前景。 关键词纳米微球材料纳米团簇介孔复合有序阵列研究进展 ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＮａｎｏ－ａｓｓｅｍｂｌｙ ＳＩＷｅｉＺＨＡＩＹｕｃｈｕｎ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４） ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｎａｎｏ－ａｓｓｅｍｂｌｙ，ｓｕｃｈａｓｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ，ｎａｎｏｃｌｕｓ—ｔｅｒ，ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｏｒｄｅｒｅｄｎａｎｏ－ａｒｒａｙ，ｅｔｃ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｓｅｖｅｒａｅｇｏｏｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏ－ａｓｓｅｍｂｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ，ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒ，ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｏｒｄｅｒｅｄｎａｎｏ－ａｒｒａｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ ，、，．一护的球形Ａｕ纳米粒子（１４ｒｉｍ）可以自组装得到二维的点阵，纳 。“９米粒子之间的距离决定于ＤＮＡ片段的长度。通过加热处理组近年来，人们对纳米材料的研究已逐步深入到纳米组装体装的纳米粒子聚集体被重新分散到液相里。其中ＤＮＡ起着连系的研究，即以纳米微粒或纳米丝、纳米管为基本单元在一维、接剂或模板剂的作用。用烷基硫醇作模板剂，如果两种不同尺二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，如纳米微球寸的Ａｕ纳米粒子的粒径满足间隙固溶体的形成条件，则可以材料、纳米团簇、介孑Ｌ复合体系、纳米有序阵列等。自组装成具有双重密堆积结构的二维超晶格［５］，见图１。何声纳米结构自组装体系的出现，标志着纳米材料科学研究进太等用两相液一液系统方法制备出表面包覆有１一壬基硫醇的银入了一个新的阶段。人们可以把纳米结构单元按照事先的设纳米粒子二维超晶格。利用化学模板自组装技术，还可得到球想，依照一定的规律在二维或三维空间构筑成形形色色的纳米形ＣｄＳ、ＣＡＳｅ和ＡｇｚＳ等纳米粒子的二维超晶格［６］。 结构体系。目前，纳米材料的自组装方法主要是先制备纳米颗 粒材料，再后续自组装获得各种超结构，对原料和实验条件的要 求比较苛刻。寻找反应条件温和、易于操作、一步就能完成纳米 材料和纳米结构的合成与组装的化学方法将对纳米材料的工业 化生产和应用具有重大意义。如今，欧洲一些国家和我国正式 启动了纳米结构材料在医药、生物工程、涂料等方面的研究，纳 米材料自组装已成为人们关注的焦点。本文对近年来纳米组装 及自组装体系的研究进展作一概述。 １纳米微球材料 对纳米微球材料的探索已从单分散胶粒逐渐深入到核一壳 复合材料和空心微球等，其自组装领域的研究方兴未艾［１’２］。 单分散胶粒自组装具有长程有序性、光反射和光子能带、最大堆积密度、高比表面积等特殊性质，是目前凝聚态物理的热点。空心微球的空心部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的客体，产生一些奇特的基于微观“包裹”、“封装”效应的性质，在医药、生化和化工等许多技术领域具有重要的作用［３］。 １．１球形粒子二维和三维超晶格 Ｍｉｒｋｉｎ等［４］发现用巯基修饰的低聚核苷酸（ＤＮＡ）片段保 图１球形Ａｕ纳米粒子的二维自组装 Ｆ喀１Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙｏｆＡｕｎａｎｏｂａｌｌｓ 适当改变球形纳米粒子的二维自组装条件，可以方便地得到纳米粒子三维自组装的晶体。Ｂａｗｅｎｄｉ领导的小组［７］将有烷基膦硫酸盐保护的球形ＣＡＳｅ纳米粒子（２ｒｉｍ）分散到烷烃中，得到稳定的溶胶。然后在８０℃和常压条件下加入到含１０％辛醇的辛烷中，缓慢减压。随着低沸点辛烷的挥发，球形纳米粒子三 ＊国家８６３计划项目（２００４ＡＡ００１５２０）资助 司伟：女，１９８０年生，博士研究生，研究方向为纳米材料及其物理化学 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｍａｌｌｑｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ 万方数据