胶体纳米晶合成与形貌控制策略及机理
发布时间：2021-11-23 08:20
胶体纳米晶合成与控制策略主要从动力学方面考虑,一般要结合液相胶体成核生长理论和晶体生长理论来分析。本文首先从成核阶段、生长阶段和熟化阶段的控制方面阐述了胶体纳米晶形貌合成与控制。然后对于经典晶体学理论解释不了的现象,阐述了选择吸附机理、有效单体机理、取向连接机理等用来解释胶体纳米晶的合成机理。本文还对近年来发展的其他一些合成纳米材料的新机理或多种机理共同作用做了简要介绍。最后,对纳米晶合成与形貌控制的前景作了概述,认为定量和精准结构控制是纳米晶形貌合成与控制面临的巨大挑战和发展趋势。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
胶体纳米晶生长过程示意图[26]
传统的湿化学法被广泛用来控制不同的胶体纳米粒子合成。经典理论中,晶粒粗化被描述为大粒子的生长以牺牲小粒子为代价[32],也就是所谓的Ostwald熟化过程,它的驱动力是表面能的减少。在反应溶液中任一固液界面上都存在着各种参数的化学平衡,由于形成晶粒的尺寸不同,通过溶液的单体溶质浓度各异。因此,浓度梯度的均质化将会最终“消除”小尺寸的晶体,供应给大尺寸的晶体生长。根据这一“重置/再分配”原理,如果可以控制初始晶核的尺寸分配和聚集类型,即可达到控制产品形貌和结构的效果。图2所示为4种不同类型的Ostwald熟化过程,控制生长形成4种内部空心的球体结构[33]。对于第一种空心结构,以二氧化钛为例,最初圆形的二氧化钛纳米晶聚集体是由低浓度的四氟化钛水解而得到的,处于中心部位的纳米晶被认为是比较小而且在延长老化时间(100 h)的情况下可以被逐步去除,这样就留下了一个圆形空隙。对于第二种核壳结构,以硫化锌为例,在一种一步合成的过程中,硫化锌是由硝酸锌与硫脲反应而得到的,TEM照片可以证实“壳结构”是在原有球形聚集体表面成核所形成的,由于Ostwald熟化作用,表面的硫化锌晶体不断长大,吸引下层的小晶体从而形成核壳结构。当球形纳米晶内部晶体的脱除发生在较小的或者密度不均一的区域时就会形成第3种空心结构。如果同时结合了以上所述的这几种质量转移和再定位的过程,Ostwald熟化可以形成更复杂的第4种结构。2 胶体纳米晶的形貌控制机理
有效单体机理主要指利用单体的浓度来调控纳米晶形貌。纳米晶形貌的调控离不开成核与生长。成核过程中,幻数纳米团簇对形貌的控制至关重要;生长过程中单体浓度的高低也与形貌密不可分。幻数纳米团簇的出现被认为是反应溶液具有高单体浓度的指示器[41]。在非球形CdSe量子点(量子点又称为半导体纳米晶体)成核过程中,通常会有幻数纳米团簇的出现。通过紫外吸收光谱(UV)、透射电镜(TEM)等表征发现幻数纳米团簇的消失和非球形CdSe量子点的形成能够很好地吻合,而且结构上有一定的关联性。例如,CdSe幻数纳米团簇为枝晶状结构,而CdSe量子点中心结点也为枝晶状结构,根据这些现象可以看出,CdSe幻数纳米团簇的作用是“晶种”,对后期形貌有着重要的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶胶-凝胶法合成纳米材料研究进展[J]. 李丽华,王鹏,张金生,吴限,马诚. 化工新型材料. 2019(01)
[2]聚乳酸/纤维素纳米晶复合材料的制备与性能研究[J]. 张静,丁长坤,段镜月,李倩,程博闻. 中国塑料. 2018(03)
[3]Rational design and synthesis of noble-metal nanoframes for catalytic and photonic applications[J]. Xue Wang,Aleksey Ruditskiy,Younan Xia. National Science Review. 2016(04)
[4]表面活性剂对纳米材料形貌及尺寸控制的影响[J]. 刘伶俐,汪杨. 长春师范大学学报. 2014(12)
[5]高温下合成ZnSe,ZnO枝状纳米晶及其取向连接生长[J]. 张海斌,侯晓刚,朱康伟,魏居孟,张欣,冯博学. 兰州大学学报(自然科学版). 2013(06)
本文编号：3513489
【文章来源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
胶体纳米晶生长过程示意图[26]
传统的湿化学法被广泛用来控制不同的胶体纳米粒子合成。经典理论中,晶粒粗化被描述为大粒子的生长以牺牲小粒子为代价[32],也就是所谓的Ostwald熟化过程,它的驱动力是表面能的减少。在反应溶液中任一固液界面上都存在着各种参数的化学平衡,由于形成晶粒的尺寸不同,通过溶液的单体溶质浓度各异。因此,浓度梯度的均质化将会最终“消除”小尺寸的晶体,供应给大尺寸的晶体生长。根据这一“重置/再分配”原理,如果可以控制初始晶核的尺寸分配和聚集类型,即可达到控制产品形貌和结构的效果。图2所示为4种不同类型的Ostwald熟化过程,控制生长形成4种内部空心的球体结构[33]。对于第一种空心结构,以二氧化钛为例,最初圆形的二氧化钛纳米晶聚集体是由低浓度的四氟化钛水解而得到的,处于中心部位的纳米晶被认为是比较小而且在延长老化时间(100 h)的情况下可以被逐步去除,这样就留下了一个圆形空隙。对于第二种核壳结构,以硫化锌为例,在一种一步合成的过程中,硫化锌是由硝酸锌与硫脲反应而得到的,TEM照片可以证实“壳结构”是在原有球形聚集体表面成核所形成的,由于Ostwald熟化作用,表面的硫化锌晶体不断长大,吸引下层的小晶体从而形成核壳结构。当球形纳米晶内部晶体的脱除发生在较小的或者密度不均一的区域时就会形成第3种空心结构。如果同时结合了以上所述的这几种质量转移和再定位的过程,Ostwald熟化可以形成更复杂的第4种结构。2 胶体纳米晶的形貌控制机理
有效单体机理主要指利用单体的浓度来调控纳米晶形貌。纳米晶形貌的调控离不开成核与生长。成核过程中,幻数纳米团簇对形貌的控制至关重要;生长过程中单体浓度的高低也与形貌密不可分。幻数纳米团簇的出现被认为是反应溶液具有高单体浓度的指示器[41]。在非球形CdSe量子点(量子点又称为半导体纳米晶体)成核过程中,通常会有幻数纳米团簇的出现。通过紫外吸收光谱(UV)、透射电镜(TEM)等表征发现幻数纳米团簇的消失和非球形CdSe量子点的形成能够很好地吻合,而且结构上有一定的关联性。例如,CdSe幻数纳米团簇为枝晶状结构,而CdSe量子点中心结点也为枝晶状结构,根据这些现象可以看出,CdSe幻数纳米团簇的作用是“晶种”,对后期形貌有着重要的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶胶-凝胶法合成纳米材料研究进展[J]. 李丽华,王鹏,张金生,吴限,马诚. 化工新型材料. 2019(01)
[2]聚乳酸/纤维素纳米晶复合材料的制备与性能研究[J]. 张静,丁长坤,段镜月,李倩,程博闻. 中国塑料. 2018(03)
[3]Rational design and synthesis of noble-metal nanoframes for catalytic and photonic applications[J]. Xue Wang,Aleksey Ruditskiy,Younan Xia. National Science Review. 2016(04)
[4]表面活性剂对纳米材料形貌及尺寸控制的影响[J]. 刘伶俐,汪杨. 长春师范大学学报. 2014(12)
[5]高温下合成ZnSe,ZnO枝状纳米晶及其取向连接生长[J]. 张海斌,侯晓刚,朱康伟,魏居孟,张欣,冯博学. 兰州大学学报(自然科学版). 2013(06)
本文编号：3513489
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