基于刻蚀反应的纳米结构空心化（英文）

中空纳米材料的可控合成使其在催化、能量转换与储存、生物医药等领域具有广阔的应用前景.本专论旨在揭示刻蚀反应对纳米结构空心过程的关键影响.讨论了通过增强纳米粒子表面在刻蚀液中的相对稳定性来精确操纵中空化过程的策略,主要关注3种刻蚀策略,包括硬模板法、氧化还原辅助中空法和表面钝化自模板法.最后,对基于刻蚀反应的纳米结构空心化可控合成未来的发展方向进行了展望.     

软模板印刷法制备超疏水性聚苯乙烯膜

首次利用软模板印刷的方法,以微米-亚微米-纳米复合结构的PDMS为软模板,在平滑聚苯乙烯表面上成功制备了同样具有微米-亚微米-纳米复合结构的超疏水表面,该表面与水的接触角高达161.2º。软模板印刷方法可以用在其它热塑性聚合物如聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯等材料上,是一种简单有效地制备超疏水性表面的方法。     

聚合物微纳米管的制备技术

由于聚合物微纳米管独特的一维中空结构和性能多样性,在分离、电子器件、催化剂负载、药物释放等方面具有广泛的应用前景,本文结合最新的研究进展,总结了聚合物微纳米管的制备方法,并重点介绍了硬模板法、软模板法和无模板法的特点。     

无机中空球的分类、合成方法及应用

中空球是壳层结构材料的一个重要分支。与实心球相比较,中空球具有更多特殊和优异的物理及化学性质,例如具有较小的密度、较大的比表面积以及较好的稳定性和表面渗透性,其中无机中空球较有机中空球还具有耐高温、抗老化等优点。因此,近些年来无机中空球备受人们的关注,广泛应用于催化、电池、医药等众多领域。本文结合本课题组在无机氧化物中空球领域的研究和前人的工作,总结了近5年来制备无机中空球的研究进展。将无机中空球的壳层材料分为五大类,包括:无机氧化物、硫化物及硒化物、金属单质、复合物和其他无机材料。将制备方法分成四大类:硬模板法、软模板法、牺牲模板法和无模板法,对每一大类又进一步细分,并且指出了各种方法的优缺点。同时归纳了无机中空球几个重要的应用领域,如药物、电池、气体传感器和光催化领域。最后在此基础上简要展望了无机中空球的研究前景。     

中空贵金属纳米材料氧还原催化的研究进展（英文）

中空纳米结构具有比表面积大、传质可控和活性位点明确等优势,其结构设计与电催化应用在能源转化与储存领域引起了广泛关注.特别是中空贵金属纳米材料用于氧还原催化时,中空内腔引入到贵金属纳米结构,不仅暴露更多的活性位点,还能减少贵金属的用量,这将为贵金属催化剂的大规模应用提供一个理想的研发平台.本文综合评述了近年来中空贵金属的合成策略及其氧还原催化应用.首先,回顾了中空贵金属在氧还原催化剂研制中的优势与意义;然后,介绍了近期关于中空贵金属的制备策略(硬模板法、软模板法、自模板和无模板法等)及其优势;最后,分析了中空贵金属在氧还原领域所面临的挑战,并对其设计进行了展望.     

模板法合成纳米结构材料

模板法（包括硬模板和软模板法）是制备纳米结构材料的常用方法,可用来制备多种物质的各种形状（如：球形粒子、一维纳米棒、纳米线、纳米管以及二维有序阵列等）的纳米结构,近年来关于这一领域的研究较为活跃。本文介绍了近年来利用氧化铝、二氧化硅、碳纳米管、表面活性剂、聚合物、生物分子等作模板制备多种物质的纳米结构材料的一些进展。     

中空多壳层结构材料的制备及气体传感应用研究进展

先进气体传感器技术在现代社会安全生产生活中扮演着极为重要的角色, 而高效敏感材料的设计与开发是其中的关键. 中空多壳层结构材料因其独特的层层嵌套的多壳层与多腔体结构而表现出特别的物理化学性质, 在气体传感领域显现出巨大的应用潜力. 传统的硬模板法、 软模板法以及基于奥斯特瓦尔德熟化和柯肯德尔效应的无模板法在中空多壳层纳米结构材料的普适制备及壳层结构的精确调控等方面存在诸多限制. 次序模板法的出现突破了上述限制, 促进了该领域的迅速发展. 本文简要回顾了中空多壳层结构材料制备方法的发展历程, 介绍了其在甲醛、 乙醇、 丙酮、 甲苯及二氧化氮等有害气体检测中的具体应用, 分析了其在气体传感领域的独特优势, 最后对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结与展望.     

单分散中空介孔结构的盐模板合成及形貌调控

中空介孔结构因具有丰富的内部空间以及多孔渗透性外壳等优势,在催化、能源储存与转化及生物医药等领域得到了广泛应用.然而,目前仍然缺少高效、简便且绿色的合成中空介孔结构的方法.本文以柠檬酸钠胶体颗粒作为模板,通过十六烷基三甲基溴化氨(Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)胶束与正硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)的水解低聚物在胶体颗粒表面进行界面共组装,直接生长介孔二氧化硅壳层;然后通过简便的醇洗和水洗分别除去CTAB胶束和柠檬酸钠胶体颗粒后,得到中空介孔结构.进一步研究表明,负电荷的柠檬酸钠胶体颗粒与CTAB胶束之间的静电相互作用是诱导氧化硅低聚物在颗粒表面进行交联组装的关键.基于此,通过控制生长时间实现了对中空介孔结构形貌和壳层厚度的精确调控.所得中空介孔二氧化硅纳米球可以显著增强物质的扩散传输,是理想的催化剂载体,负载金纳米颗粒后可以高效催化4-硝基苯酚的还原反应.研究结果为中空介孔材料的绿色简便合成提供了思路.     

复杂中空结构材料的构筑及能源应用

随着能源问题的日益突显,开发新型多功能材料以满足能源存储与转换应用的需求变得尤为重要.在众多功能材料中,复杂中空结构材料由于其独特的结构和物理化学特性而备受关注.本文综合评述了复杂中空结构材料的普适性构筑方法(硬模板法、软模板法、自模板法、次序模板法和选择性刻蚀法)及在能源方面的应用(锂/钠/钾离子电池、锂硫电池、超级电容器、电催化、光催化及染料敏化电池等).最后,对复杂空心结构研究领域存在的问题及未来的发展方向进行了展望.     

模板剂在合成纳米材料中的应用与发展

模板法在纳米材料的合成过程中已成为一种非常重要的技术。利用其结构导向、骨架填充、平衡和匹配电荷等作用,可以达到精确地调控纳米材料孔道的大小、形状及结构的目的。本文主要对模板剂的种类进行了详细的分类,重点介绍了硬模板法和软模板法在合成纳米材料过程中的现状及特点,并具体介绍了模板剂在合成纳米生物材料及纳米催化剂、电化学、化工合成等方面的应用;阐述了模板法在介孔材料合成过程中的重要性,指出了目前模板剂方法存在的优缺点;提出了模板剂在超分子功能材料、光化学反应及催化工业等方面应用的纳米材料合成中的发展趋势和良好前景。     

Solution-phase synthesis of inorganic nanostructures by chemical transformation from reactive templates

The solution-phase synthesis by chemical transformation from reactive templates has proved to be very effective in morphology-controlled synthesis of inorganic nanostructures. This review paper summarizes the recent progress in solution-phase synthesis of one-dimensional and hollow inorganic nanostructures via reactive templates, focusing on the approaches developed in our lab. The formation mechanisms based on reactive templates are discussed in depth to show the general concepts for the preparation proces...     

柔软的球状和长方体状氧化硅中空结构的制备研究

采用自组装形成的芘纳米结构作为模板,成功地制备了柔软的球状和长方体状氧化硅中空结构.当不同量的芘在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中自组装时,产生的自组装结构展现出明显的从球状到长方体状的形貌变化.这些结构被用作氧化硅前驱体溶胶-凝胶反应的模板,获得了球状和长方体状氧化硅/芘复合结构.通过乙醇除去模板后,生成了柔软的球状(直径约为400nm)和长方体状(长为0.5—2.5μm)的氧化硅中空结构.这些结果展现了采用有机纳米结构作为模板来合成无机中空结构的优势:合成简便、结构多样以及结构形貌的灵活可控.     

General and Facile Syntheses of Metal Silicate Porous Hollow Nanostructures

Porous hollow nanostructures have attracted intensive interest owing to their unique structure and promising applications in various fields. A facile hydrothermal synthesis has been developed to prepare porous hollow nanostructures of silicate materials through a sacrificial‐templating process. The key factors, such as the concentration of the free metal cation and the alkalinity of the solution, are discussed. Porous hollow nanostructures of magnesium silicate, nickel silicate, and iron silicate have been successfully prepared by using SiO₂ spheres as the template, as well as a silicon source. Several yolk–shell structures have also been fabricated by a similar process that uses silica‐coated composite particles as a template. As‐prepared mesoporous magnesium silicate hollow spheres showed an excellent ability to remove Pb²⁺ ions in water treatment owing to their large specific surface and unique structures.     

以介孔氧化硅薄膜为模板电沉积合成新型纳米结构

首次以不同孔道结构的介孔氧化硅薄膜为模板,采用电化学沉积的方法,合成了金属铜和半导体氧化锌的纳米材料,并对其结构进行了表征．以六方孔道结构的介孔氧化硅模板获得了直径为7nm的金属铜纳米线阵列;以笼状体心立方孔道结构的模板获得了具有哑铃状形貌的铜单质纳米颗粒．对于氧化锌纳米结构,电化学沉积过程使得氧化锌完全填充氧化硅模板的孔道,分别得到了具有六方和体心立方介孔结构的Zn0/SiO2纳米复合物薄膜．     

模板法合成纳米通道在微流控系统中的应用

纳流控芯片作为研究单分子水平上分子行为的一种新工具,人们期待纳流控在生物技术等领域有更广泛的应用.纳米结构的制作,作为纳流控芯片应用的前提之一,正逐渐引起人们的重视.本文综述了近几年来纳流控芯片中模板法制作纳米结构的研究进展,主要是以氧化铝膜,多孔硅,以及其它一些带有纳米通道的物质为模板,制作纳米结构应用于纳流控生化分析.     

From 2-D CuO nanosheets to 3-D hollow nanospheres: interface-assisted synthesis, surface photovoltage properties and photocatalytic activity

CuO hierarchical hollow nanostructures, assembled by nanosheets, were successfully prepared in n-octanol/aqueous liquid system through a microwave approach. Controlled experiments revealed that both bubble and interface play key roles in determining the self-assembly process of CuO hierarchical hollow nanostructures, and the morphology/size of building blocks and final products could be readily tuned by adjusting reaction parameters. Furthermore, a self-assembly mechanism of aggregation-then-growth process through bubble template was proposed for the formation of the hollow hierarchical architectures. Photocatalytic performance evidenced that the obtained CuO hierarchical hollow nanostructures possessed superior photocatalytic efficiency on RhB than that of non-hollow nanostructures, which could be easily demonstrated by SPS response about the separation and recombination situation of photogenerated charges.     

Use of carbonaceous polysaccharide microspheres as templates for fabricating metal oxide hollow spheres

A general method for the synthesis of metal oxide hollow spheres has been developed by using carbonaceous polysaccharide microspheres prepared from saccharide solution as templates. Hollow spheres of a series of metal oxides (SnO2, Al2O3, Ga2O3, CoO, NiO, Mn3O4, Cr2O3, La2O3, Y2O3, Lu2O3, CeO2, TiO2, and ZrO2) have been prepared in this way. The method involves the initial absorption of metal ions from solution into the functional surface layer of carbonaceous saccharide microspheres; these are then densified and cross-linked in a subsequent calcination and oxidation procedure to form metal oxide hollow spheres. Metal salts are used as starting materials, which widens the accessible field of metal oxide hollow spheres. The carbonaceous colloids used as templates have integral and uniform surface functional layers, which makes surface modification unnecessary and ensures homogeneity of the shell. Macroporous films or cheese-like nanostructures of oxides can also be prepared by slightly modified procedures. XRD, TEM, HRTEM, and SAED have been used to characterize the structures. In a preliminary study on the gas sensitivity of SnO2 hollow spheres, considerably reduced "recovery times" were noted, exemplifying the distinct properties imparted by the hollow structure. These hollow or porous nanostructures have the potential for diverse applications, such as in gas sensitivity or catalysis, or as advanced ceramic materials.     

有序金属纳米壳材料

有序金属纳米壳结构特别是有序中空纳米壳及大孔结构兼具了光子晶体和金属纳米壳结构的光学特性,引起了国内外学者的广泛关注。本文详细介绍了有序金属纳米壳材料的制备方法与步骤,主要包括胶体晶模板的组装、所需金属壳层的制备以及胶体晶模板的去除三步,并对各步的制备方法及特点进行了描述。此外,本文还对金属纳米壳有序材料的各种应用进行了综述,简要分析了目前存在的问题并展望了今后该材料的研究方向。     

Recent Development on Controlled Synthesis of Metal Sulfides Hollow Nanostructures via Hard Template Engaged Strategy: A Mini‐Review

In this mini‐review, we highlighted the recent progresses in the controlled synthesis of metal sulfides hollow nanostructures via hard template technique. After a brief introduction about the formation mechanism of the inorganic hollow nanostructures via hard template technique, the discussions primarily focused on the emerging development of metal sulfides hollow nanostructures. Various synthetic strategies were summarized concerning the use of the hard template engaged strategies to fabricate various metal sulfides hollow nanostructures, such as hydrothermal method, solvothermal method, ion‐exchange, sulfidation or calcination etc. Finally, the perspectives and summaries have been presented to demonstrate that a facile synthetic technique would be widely used to fabricate metal sulfides hollow nanostructures with multi‐shells and components.     

Dual Soft‐Template System Based on Colloidal Chemistry for the Synthesis of Hollow Mesoporous Silica Nanoparticles

A new dual soft‐template system comprising the asymmetric triblock copolymer poly(styrene‐b‐2‐vinyl pyridine‐b‐ethylene oxide) (PS‐b‐P2VP‐b‐PEO) and the cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used to synthesize hollow mesoporous silica (HMS) nanoparticles with a center void of around 17 nm. The stable PS‐b‐P2VP‐b‐PEO polymeric micelle serves as a template to form the hollow interior, while the CTAB surfactant serves as a template to form mesopores in the shells. The P2VP blocks on the polymeric micelles can interact with positively charged CTA⁺ ions via negatively charged hydrolyzed silica species. Thus, dual soft‐templates clearly have different roles for the preparation of the HMS nanoparticles. Interestingly, the thicknesses of the mesoporous shell are tunable by varying the amounts of TEOS and CTAB. This study provides new insight on the preparation of mesoporous materials based on colloidal chemistry.