第五讲Luo LB

1、Lecture 5. 解决方案为基础的合成方法，以纳米结构Introduction to Nanomaterials &Nanotechnology 回流法 模板合成 微乳液 水热/溶剂热合成 微波合成 超声化学合成 仿生合成Solution based synthetic approach to nanostructures3Reflux method回流是一项涉及蒸汽的冷凝和返回蒸馏技术 这种冷凝水从它起源系统。这是用在工业和 实验室蒸馏。它也可以用来在化学过度供给能量反应 很长一段时间。可以合成的材料：Colloide半导体纳米晶体（碲化镉，硫化锌，量子点） 贵金属纳米结构（银，

2、金，钯纳米材料）4胶体半导体纳米晶的合成Reflux method5当大小改变时，半导体纳米粒子的光学性质是截然不同的Synthesis of Colloidal Semiconductor NanocrystalsReflux method6核 - 壳壳硒化镉/硫化锌/ CdSe纳米晶作为白光光源胶体半导体纳米晶7当激子尺寸大于纳米颗粒大小会发生什么？Colloidal Semiconductor Nanocrystals8胶体半导体纳米晶AgNO3Ag nanowires120oCSurfactant:Polyvinylpyrrolidone (PVP)Dr. Xia and his gr

3、oup have published morethan 530 papers in peer-reviewed journals,with a total citation of more than 62,900 andan h-index of more than 131. He was namedby Times Higher Education one of the Top 10chemists (#5) in the world from 1999-2009based on the number of citations per paper. Hewas also ranked one

4、 of the Top 100 materialscientists (#4) and top 100 chemists (#35) inthe world from 2000-2010 based on thenumber of citations per paper.9refluxAu + 3Ag+Displacement reaction:3Ag +Au3+回流法佐治亚理工学院教授 多元醇工艺 乙二醇（EG）作为两 还原剂和溶剂10银纳米笼银纳米线Gold nanowires金纳米棒黄金纳米笼钯纳米线贵金属纳米结构铂纳米线铂纳米管11贵金属纳米结构的应用Nanoantenna:天线是一种

5、电力转换成无线电波的电气设备， 反之亦然。它通常是用于一个无线电发射机或无线电接收器。在传输中，无线电发射机在无线供给的电流振荡 频率（即高频交流电（AC），以将天线的 端子和天线从当前作为电磁辐射的能量 波（无线电波）。在接待处，天线截获一些的功率 电磁波，以产生一个微小的电压在其末端，即 施加到接收器被放大。12金属纳米粒子的光学特性：表面等离子体共振纳米天线贵金属纳米结构的应用13Nanoantenna:Ag纳米线与接收和发射的Ag领结天线对在其入射和发射端被图案化的SiO2基板上，实现与45相比，单一的Ag纳米线天线对一个因子增强的表面等离子体激元发射。Application of N

6、oble metal nanostructures柔性电极14Application of noble metal nanostructuresHighly transparentLow sheet resistanceStanford University各种类型的透明导电氧化物（TCO）已被广泛用传统上用于光电，如铟锡氧化物（ITO）， 有机太阳能电池和发光二极管，并且还掺Al的ZnO，这是用在非晶太阳能电池。15模板合成模板的方法通常包括以下三个步骤:在过去的二十年里，已实现了巨大的努力 发展对纳米材料的合成策略，以及 控制的大小，形状，组成和空间排列。使用预先合成 现有的纳米结构的模板

7、是对最有效的策略之一 实现高程度的综合控制。1，准备原始模板 2，目标壳材料沉积在模板的表面 3，删除原始模板在纳米级的合成，从理论上讲，一个模板可以是任何物质 纳米结构的特性。因此，有丰富的类型的材料，可以采取 考虑。有些天然存在的（例如纳米结构的矿物， 生物分子组装和器官），有的则是采购自 合成纳米结构通常由预先存在的合成方法中获益 （直接合成和模板合成）。16Template Synthesisgraftpolymerization on templates withsurfaces modified by double bonds.17Template Synthesis(a) mes

8、oporous TiO2 hollow spheressynthesized by solgel coating on asurface containing silanol groupsand post calcination process(b) polymeric capsules synthesized bylayer-by-layer assembly on a chargedtemplate surface(c) Pd hollow spheres synthesized onthiol-modified templates by aadsorptionreduction proc

9、ess,(d) polymeric hollow spheres(copolymer of styrene and divinylbenzene) synthesized by通过涂布的胶体粒子模板，中空或混合纳米结构以及材料和其它新颖结构的表面可以被合成。空心和混合纳米粒子是重要的两个根本和实践。从基本面来看，中空和 较均匀的固体颗粒，如电浆移为金属纳米颗粒，和高的表面积和金属氧化物空心球和聚合物胶囊密闭内部空间混合的纳米颗粒可展现新颖的物理和化学性质。在除去水的橄榄油18Template Synthesis中空纳米结构材料的应用：大的悬挂键 巨大的表面积与体积比 增强反应活性 增强的催化性

10、能19Template Synthesis模板合成的胶体组件半壳纳米结构由沉积在模板合成制作。 制造过程中的（A）示意图，（B）SEM Au构成图像 AU的半壳通过电子束蒸发合成的，（C）的TEM图像 月牙月亮纳米结构由旋转蒸发合成，(d) 通过脉冲激光沉积法制备纳米TiO2半球的TEM图像20Template synthesis纳米球光刻技术。的NSL过程（一）示意图。 （二）AnAFM通过典型的合成三角形银纳米粒子阵列的图像 NSL，（三）SEM图像ofAu开口环谐振器由合成的影子NSL ，（d）使界面NSL合成的SEM图像ofAg2S nanonets。21胶体模板和它们的衍生物中的复制

11、Template Synthesis金的模板合成 纳米棒的二氧化硅纳米管。 的TEM照片 （一）二氧化硅纳米管 功能化的内腔 与氨基基团; （二）区 种子硅石纳米管; （三） 金棒二氧化硅 碳纳米管接种后 增长; （四）在金棒 去除二氧化硅模板22Template Synthesis氧化铝膜（AAO）23Template Synthesis多孔膜Cross-Section ofCoatedAAOAfterALDBeforeALD可能产生的必要的几何结构 厚度可达300微米的 从10至250纳米通道直径氧化铝膜（AAO）24Template SynthesisPorous membranes二氧

12、化硅纳米管 通过气相合成 二氧化硅的氧化铝沉积 模板。二氧化硅 蒸汽制作 通过热 分解 的PDMS。 （一）示意图 图中的合成 法，（b和c）俯视图 SEM图像（b）和透射电子显微镜 二氧化硅的图像（三） 纳米管。25Template SynthesisPorous membranesaluminium oxide membrane (AAO)微乳微乳微乳液是清晰，稳定，油，水和表面活性剂各向同性的液体混合物，通常与助表面活性剂的组合。水相可包含盐（S）和/或其它成分，并且“油”实际上可能是不同的烃和烯烃的复杂混合物。 两种基本类型的微乳状液是：直接（油分散在水中，O / W）和逆转（水分散在

13、油中，W / O）。纳米CdS的敏化二氧化钛光催化剂的晶微乳液制备。 （喻，J. C.等CHEM.COMMUN。2003，1552。）水热/溶剂热合成定义： 水热合成方法，以产生不同的化学物质 并采用封闭系统的物理和化学过程中流动的材料 水溶液在温度高于100和高于1个大气压的压力。 包括结晶物质从高温的各种技术 水溶液在高温饱和蒸气压。水热合成法可以被定义 作为合成单晶的方法，该方法依赖于的溶解度 在热水中矿物质在高压下。 水热反应通常不利的情况下！在密封容器（炸弹，高压釜等），溶剂可以被带到 温度远高于其沸点的增加自体 压力从加热产生的。表演在这样的化学反应 条件被称为溶剂热加工，或在水的

14、情况下为 溶剂，热液处理。+ AgNO3PVAsolution(5%)160 0C(1)Hydrothermal/Solvothermal SynthesisSynthesis method:SEM and TEM results:Hydrothermal/Solvothermal SynthesisRelative Intensity(cps)HFUT300200400600800100035000300002500020000150001000050000AO1sC1sAg3dX-ray Photoelectron Spectroscopy:at 160 oC for 48 hours.B

15、ingding Energy(eV)HRTEM Study:at 160 oC for 60 hours.at 160 oC for 72 hours.Diameter control:Hydrothermal/Solvothermal SynthesisIntensitypH Value of the solutionHFUT31Shape evolution:6 hours12 hours24 hours48 hours72 hours20304050607080200010000300040005000*edcba#*XRD Pattern:010203040506070801.5Rea

16、ction time (hours)2 ThetapH value change:5.55.04.54.03.53.02.52.0Hydrothermal/Solvothermal Synthesis32HFUTLuo LB, Yu SH, Qian HS and Zhou T, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 2822Hydrothermal/Solvothermal SynthesisReaction equation:Mechanism:33Chemical reaction:Luo LB, Yu SH, Qian HS and Gong HFUT Chem.

17、 Euro. J., 2006, 12, 3320JY,Synthesis strategy:Hydrothermal/Solvothermal SynthesisHFUT34Influence:Luo LB, Yu SH, Qian HS and Gong JY, Chem. Commun., 2006, 7, 793HFUT35AgNO3+Glucose+PVAC&PVAAg NanocablesHydrothermalChemical reaction:36Relevant work from Rice U.演示的单个纳米线电容器用同轴不对称铜氧化亚铜-C结构，制造使用两步化学反

18、应和气相沉积法。从单个纳米线装置测得的电容对应于140F厘米-2，超过先前报道的金属 - 绝缘体 - 金属微电容值，并且是大小比由传统的静电学预测的更高的超过一个数量级。37He selected CCl4, as a carbonsource to synthesize diamondby using Na as reductant andflux at 700C in thepresence of a metal.Solvothermal method:Science(Diamond)XRD:Raman shift:水热/溶剂热合成Advantages:合成的物质结晶的能力在不稳定的熔点附

19、近合成大晶体的高质量。Disadvantages:设备的成本高，不能 监测晶体的过程中他们的 增长， 环境不友好。微波辅助合成1m1mm微波是电磁能量的一种形式与 频率在300兆赫到300千兆赫的范围内。该 常用频率为2.45G赫兹。 材料与微波之间的相互作用为基础 在两个特定的机制：偶极相互作用和离子 传导。两种机制都需要有效的耦合 靶材料的成分和迅速地之间 的微波的振荡电场。 偶极相互作用发生极性分子。极地 一个分子的端部趋向于重新定位自己和 振荡在步骤同的振荡电场 微波炉。热是由分子碰撞和产生 摩擦。一般地，极性较大的分子中，更 它有效地将与微波场耦合。传统的加热传导 传导热 通过加热对

20、流 缓慢和能源低效的过程外表面的温度在过量的液体的沸点Microwave-Assisted SynthesisHeating by Microwave Irradiation 溶剂/试剂吸收兆瓦的能量 血管壁透明兆瓦 直接在核心加热 即时开 - 关属性Microwave-Assisted SynthesisExample: 微波辅助合成氧化锌纳米粒子的OH2ZnH2OOAcOZnOOOZnOOOMicrowave (DEGOAc)NucleationAggregationClusterNanocrystalCrystal structure示意图和透射电子显微镜（TEM）图像 以微波辐射的Zn

21、O纳米簇的 宇，J. C.等人，高级。母校。 2008年，出版中。1 m100 nm超声化学合成Examples: 合成介孔TiO2颗粒介孔TiO220 kHz sonochemical processor超声辐照导致声空化 - 的形成，生长 以及在液体中的气泡的内爆崩 气泡的内爆塌陷产生的局部热点 极端高温（5000K）和压力（20MPa的）。 该超声化学法是有利的，因为它是无害的，在迅速 反应速率，并产生非常小的金属颗粒。Acetic acid modified TIPUIATIPUIA: Ultrasound Induced AgglomerationUIATitanium Oxide Sol ParticleHydrolysis/UIACondens