纳米有序体系的模板合成及其应用

评述了以含有高密度的纳米柱形孔道的Al₂O₃膜和有机聚合物膜为模板,制备金属、合金、氧化物、半导体和聚合物及其复合组份的一维纳米结构有序阵列的几种方法、纳米结构的性质和应用的研究进展。可用于模板合成的方法有电化学沉积法、化学镀、化学聚合、化学气相沉积和溶胶-凝胶法等。取决于孔壁和所填充材料的化学性质,所得阵列既可以是由纳米管也可以是由纳米线组成。这样的有序阵列在光学、磁学、催化及电化学等领域有着重要的应用前景。制备新型复合纳米结构有序阵列、开展纳米器件的研制是模板合成研究领域的重要方向。     

TiO_2一维纳米材料及其纳米结构的合成

本文对合成TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列的阳极氧化法、模板法以及水热法进行了全面而系统的评述,着重介绍了它们的最新研究进展。阳极氧化法能制备牢固负载于基体上的TiO2纳米管阵列,这有助于构筑TiO2纳米结构及其在纳米器件上的应用;与多种制备技术如溶胶-凝胶工艺、电化学沉积以及原子层沉积等相结合,模板法可以合成出多种形貌的TiO2纳米材料如纳米管、纳米线和纳米棒,并且可以通过改变所用模板的微观尺寸来调控TiO2一维纳米材料及其有序阵列的微结构参数;水热合成法可以制备出直径小且比表面积大的TiO2纳米管粉末。从目前来看,该法还不能制备出牢固负载于基体上的有序纳米阵列。文章最后指出了TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列合成中存在的问题及今后发展方向。     

纳米阵列电极研究*

纳米阵列电极作为一种人工组装的纳米结构体系,具有高传质速率、低双电层充电电流、小时间常数、小IR降及高信噪比、可操作性强和测量灵敏度高等优势,因而在电化学理论研究、生物传感器、电催化材料和高能化学电源电极材料等方面等具有广阔的应用前景。迄今为止,人们采用多种材料设计制备出包括圆盘状、圆柱形、球形、圆锥形、叉指状和井状等各种形状的纳米阵列电极。其制作方法主要包括模板法、刻蚀法和自组装法等,电极的表征主要采用电子显微镜技术和电化学方法。本文结合我们的工作和国内外文献,就纳米阵列电极制作方法、表征和应用等方面进行了评述,并对目前纳米阵列电极研究中存在的问题及发展前景进行了探讨和展望。     

纳米碗阵列的制备与应用研究

纳米碗阵列具有周期性孔结构、大比表面积、弱对称性等特点。这些独特的纳米碗不仅提供了纳米孔结构,而且会导致许多特殊的物理和化学性质。近年来,由于其孔结构而使其具有新颖且增强的性能,纳米碗阵列引起了极大的关注。本文详细介绍了各种纳米碗阵列的制备方法,首先是制备胶体晶模板(通常是Si O2或者聚苯乙烯微球模板),然后通过物理气相沉积、化学或电化学沉积等技术在模板上沉积所需材料,最后采用溶解、高温处理等方法除去模板,得到纳米碗阵列。此外,本文还对纳米碗阵列的各种应用进行了综述,比如纳米碗阵列可以用作SERS增强基底、传感器,并且能够应用于催化和光学领域。还探讨了不同制备方法的优点和不足以及纳米碗阵列的应用前景及现存问题。     

纳米团簇的超分子自组装

在纳米材料的应用过程中, 纳米团簇或纳米粒子的组装将是非常关键的一步。纳米团簇的超分子化学组装方法可分为两类, 即胶态晶体法和模板法。胶态晶体法是利用胶体溶液的自组装特性将纳米团簇组装成超晶格, 可得到二维或三维有序的超晶格。模板法是利用纳米团簇与组装模板间的识别作用来带动团簇的组装, 可应用的模板有固体膜、单分子膜、有机分子、生物分子等。其中, 单分子膜模板是研究最多也是最为成熟的一种; 生物分子间严密的分子识别功能使其成为非常有发展前途的组装模板, 而且用生物分子模板有可能实现不同纳米团簇间的组装。     

蜂窝状有序膜功能化研究进展*

水滴模板法是近年来引人瞩目的一种制备有序微结构材料的方法,所制备的蜂窝状有序膜在微容器和微反应器、图案化模板、细胞培养支架、光学材料、超疏水表面、分离膜等领域具有十分重要的应用前景。本文对蜂窝状有序膜功能化研究的最新进展进行了系统总结,详细介绍和分析了原位多层次自组装、表面接枝、生物活性分子固定、交联、模板法成膜以及表面填充等蜂窝状有序膜的功能化方法。     

TiO2一维纳米材料及其纳米结构的合成

本文对合成TiO₂一维纳米材料及其有序纳米阵列的阳极氧化法、模板法以及水热法进行了全面而系统的评述，着重介绍了它们的最新研究进展。阳极氧化法能制备牢固负载于基体上的TiO₂纳米管阵列，这有助于构筑TiO₂纳米结构及其在纳米器件上的应用；与多种制备技术如溶胶－凝胶工艺、电化学沉积以及原子层沉积等相结合，模板法可以合成出多种形貌的TiO₂纳米材料如纳米管、纳米线和纳米棒，并可以通过改变所用模板的微观尺寸来调控TiO₂一维纳米材料及其有序阵列的微结构参数；水热合成法可以制备出直径小且比表面积大的TiO2纳米管粉末。但从目前看来，该法还不能制备出牢固负载于基体上的有序纳米阵列。文章最后指出了TiO₂一维纳米材料及其有序纳米阵列合成中存在的问题及今后发展方向。     

电化学沉积法制备金（核）-铜（壳）纳米粒子阵列

以组装在有机分子自组装膜/金基底电极上的Au纳米粒子阵列为电化学沉积模板,制备了金(核)-铜 (壳)纳米粒子阵列.选用巯基十一胺（AUDT）和巯基癸烷（DT）混合自组装膜作为基底电极与Au纳米粒子的耦联层,可以在一定的电位下实现金属Cu在Au纳米粒子上的选择性沉积.将沉积电位控制在－0.03 V（vs SCE）时,沉积初期（t ≤ 15 s,沉积粒子粒径 ≤ 20 nm ）金(核)-铜 (壳)粒子具有良好的单分散性和近似球形,而且粒径实验值同计算值非常吻合.     

纳米阵列电极研究进展

从纳米阵列电极的制作、基本原理和应用 3方面综述了纳米阵列电极的研究进展。着重阐述了模板法和自组装法制作纳米阵列电极的具体过程以及纳米阵列电极的扩散电流理论 ,对纳米阵列电极在生物传感器、电化学动力学、电化学分析等方面的应用作了介绍     

具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合物纳米片阵列的制备及其电化学性能

通过两步水热合成法制备了具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列.首先,以碳布为基底,水热法生成的ZnO沉积在碳布上形成ZnO纳米棒花簇.其次,以ZnO纳米棒为模板,水热法生成的Ni-Co双氢氧化物纳米片沉积在ZnO纳米棒表面,形成ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物纳米片复合材料阵列.形貌、结构分析和电化学性能测试表明,以碳布为基底,成功地合成了以ZnO纳米棒为模板并具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列,该复合材料纳米片阵列具有较大的纵横比,且分散均匀.合成的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列具有良好的电化学性能,当电流密度为1 A/g时,其比电容值可达531.6 F/g,该复合材料在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景.     

低频交流电沉积金纳米线阵列的AFM研究

迄今,人们已采用许多方法制备纳米材料,如刻蚀技术、化学法和模板法等［1]．其中,引起科学界广泛兴趣的模板法,在合成有序纳米材料上占有极其重要的地位．常用的模板有两种,一种是有序孔洞阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide,AAO）模板[2],另一种是含有孔洞无序分布的高分子模板．AAO模板具有耐高温,绝缘性好,孔洞分布均匀有序,而且大小可控等特点［3]．可以利用 AAO模板来制备各种纳米纤维和纳米管,如导电聚合物［4]、金属［5]、半导体［6]、碳［7]和其它一些材料．由于纳米材料的应用具有广阔的前景,如光催化、电化学、酶固定等方面,因而不同材料纳米线的制备备受关     

吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)共聚物有序纳米阵列薄膜的制备及表征

采用阳极氧化铝(AAO)模板电化学沉积方法, 合成了1种新型吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)(PE)共聚物纳米线阵列薄膜, 作为锂离子电池电极材料, 其表现出较高的比容量(1426.1 mA·h/g, 充放电电流密度为100 mA/g)和很好的循环稳定性(在充放电循环300圈之后, 比容量仍然保持在1400 mA·h/g以上). 这种多组分共聚物纳米线阵列有可能成为下一代长寿命、 高性能的锂离子电池电极材料而被广泛开发.     

纳米级SAPO-34分子筛的制备及其在甲醇制烯烃反应中的应用进展

SAPO-34分子筛被广泛应用于甲醇制烯烃(MTO)反应中,目前已实现工业化应用。传统的SAPO-34分子筛在催化过程中容易发生积碳、焦化,导致分子筛失活,单程使用寿命短等问题。纳米级SAPO-34分子筛具有较小晶体尺寸,较高比表面积,减少扩散限制、增强催化剂活性中心和抗积炭能力。在MTO中催化性能相较于传统分子筛更佳。本文从晶种辅助、增加添加剂、双模板剂和优化结晶条件等角度,介绍纳米级SAPO-34的制备方法,进一步研究分析了各不同条件对纳米晶体尺寸的影响,同时对不同纳米尺寸的纳米级SAPO-34在MTO中催化性能进行了探讨。提出了目前研究的问题及未来发展的方向。     

Fabrication of nanocables by electrochemical deposition inside metal nanotubes

We report a novel route for fabricating Au-Te nanocables. Using nanoporous polycarbonate tract-etching (PCTE) membrane as the template, Au nanotubes were fabricated by electroless Au deposition inside the nanopores of the PCTE membrane. Using the Au nanotube membrane as a second template, Te was deposited on the surfaces of the Au nanotubes by slow electrochemical deposition, taking advantage of underpotential deposition (UPD). The deposition rate was sufficiently slow to radially grow Te nanotubes coaxially within the Au nanotubes to form nanocables.     

Porous Solids from Rigid Colloidal Templates: Morphogenesis

Modern research is increasingly focusing on structuring matter on a nanometer length scale rather than producing molecularly new species. This article describes a method for synthesizing porous solids from rigid colloidal templates in three steps (see scheme): a) assembly of colloidal particles into a regular array, b) impregnation of the template with monomer(s) and polymerization, and c) removal of the template. For the materials prepared there is a vast number of potential applications ranging from robust catalysts and supports over size- and shape-selective membranes to photovoltaic devices.     

Template-directed assembly on an ordered microsphere array

We investigated the capability of an ordered array of microspheres to act as a template for deposition and ordering of a subsequent layer of microspheres. An evaporation-based technique was used to deposit monolayers of large colloidal spheres. A novel technique for selective deposition of polyelectrolyte film was used to stabilize the arrays and optimize the bead-substrate interaction. The template behavior of face-centered cubic and body-centered cubic (bcc) microsphere arrays was studied by optical and scanning electron microscopy, and the packing geometry was found to have a dramatic effect on the arrangement of the subsequent layer. A geometrical interpretation of the experimental data explains why a bcc bead array is well suited to act as a template for an additional layer of microspheres.     

ZnO-聚苯胺同轴纳米线及其列阵的制备和表征

以阳极氧化铝膜 (AAO)作模板 ,制备聚苯胺 (PANI)纳米管和PANI纳米管列阵 ;同时利用溶胶_凝胶法制备ZnO_PANI同轴纳米线和同轴纳米线列阵 .PANI纳米管和ZnO_PANI同轴纳米线的形貌通过透射电子显微镜表征 .PANI纳米管的外径约 3 0nm ,内径约 1 0nm ;ZnO_PANI同轴纳米线直径约 60nm .实验发现 ,较之ZnO纳米线 ,同轴AAO模板中纳米线列阵的可见光发射谱带兰移 ,强度显著增强 ,这可能和PANI链上的NH基团与表面Zn2 +离子之间的相互作用有关 ,以及由于ZnO纳米微粒在PANI上富集、PANI的光生载流子部分转移给ZnO微粒所致 .实验还发现分散在NaOH溶液中的同轴纳米线 ,其可见光发射谱带比AAO模板中同轴纳米线的谱带兰移更甚     

基于层层自组装的CuTsPc/DPDCH纳米管的制备

在阳极多孔氧化铝模板中利用层层自组装技术制备出了高度有序的聚电解质磺化酞菁铜(CuTsPc)/4,4′-联吡啶盐酸盐(DPDCH)纳米管, 并对其组装过程用UV-Vis, XRD和FT-IR进行了分析, 纳米管的微观形貌通过SEM和TEM进行表征. 结果表明, 第一层 CuTsPc和第二层DPDCH在AAO模板上的沉积平衡时间均约为60 min, 沉积过程主要有三个阶段: 模板孔外的吸附过程、孔内扩散控制的沉积过程和孔内表面沉积控制过程. CuTsPc主要以磺酸根吸附于AAO模板上. CuTsPc/DPDCH纳米管为非晶态体系. CuTsPc/DPDCH纳米管的外径和壁厚分别为200和20 nm, 外径受控于AAO模板的孔径, 壁厚与组装的层数有关, 利用此方法还可以制备其他带有相反电荷的有机小分子对纳米管或纳米线.     

Three-Dimensional Nickel-Nickel Oxide Core-Shell Nanorod Array for Nonenzymatic Glucose Sensing

Nickel-nickel oxide core-shell nanorod array electrodes were fabricated and a preliminary application for nonenzymatic glucose determination exhibited excellent performance. The nanorod array electrode was synthesized for the first time by an anodic aluminum oxide template assisted electrochemical deposition technique. Facile oxidation was employed to convert nickel at the outer surface of the nanorods to nickel oxide, resulting in a nickel-nickel oxide core-shell nanorod array. The successful conversion was confirmed by x-ray diffraction, cyclic voltammetry, and scanning electron microscopy. The modified electrode possessed high surface area contributed by the nanorods, and efficient mass transfer due to the wide internanorod gap. The electrode provided high sensitivity (127 microampere square centimeter per millimolar), a low limit of detection (～0.5 micromolar), and a long linear dynamic range (up to 14 millimolar) for the determination of glucose. Accurate determination of glucose in human serum was performed. This synthetic strategy may have further application for the preparation of high surface area thin-film electrodes for a variety of applications.     

多壁碳纳米管阵列电极的循环伏安行为

用化学气相沉积法在多孔氧化铝模板中沉积有序碳纳米管阵列并制成电极.由循环伏安法实验得知,扩散控制电位下的电活性离子难以常规的扩散速度到达碳纳米管的内壁深处,绝大部分的碳纳米管内壁面积在这样的实验条件下未能充分利用,但临近管口处的一部分内壁对扩散有一定的贡献.对于电极/电解质界面的双电层电容而言,碳纳米管的所有内壁都有所贡献,其电容量可达68.7mF*cm-2(表观面积),表明碳纳米管电极具有制作超级电容器的重要应用价值.