纳米材料的概述、制备及其结构表征

纳米材料在电子、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要应用而引起人们的高度重视。本文从以下3个方面加以论述。 一、纳米材料的概述:从分子识别、分子自组装、吸附分子与基底的相互关系、分子操作与分子器件的构筑,并通过具体的例证加以阐述,包括在STM操作下单分子反应;有机小分子在半导体表面的自指导生长;多肽-半导体表面特异性选择结合;生物分子/无机纳米组装体;光驱动多组分三维结构组装体;DNA分子机器。 二、纳米材料的若干制备方法和结构表征方法:制备方法包括:物理的蒸发冷凝法,分子束外延法(MBE),机械球磨法,扫描探针显微镜法(SPM)。化学的气相沉淀法(VCD),液相沉淀法,溶胶-凝胶法(Sol-gel),L-B膜法,自组装单分子层和表面图案化法,水热/溶剂热法,喷雾热解法,样板合成法或化学环境限制法及自组装法。 三、若干结构表征方法包括:X-射线法(XRD),扩展X射线精细结构吸收谱(EXAFS),X-射线光电子能谱(XPS),光谱法,扫描隧道显微镜/原子力显微镜(STM/AFM)和有机质谱法(OMS)。     

受控水解法制备纳米TiO2光催化剂及其结构性能

由于纳米TiO2比表面积大,表面活性高,无毒,具有较高的化学稳定性和优良的光催化性能,在作为光催化材料去除空气及水中的有机污染和抗菌、自洁方面具备广阔的前景。     

嵌段共聚物自组装及其在纳米材料制备中的应用(下)

嵌段共聚物可以自组装形成丰富的有序微结构。这些微结构可以拥有各种不同的几何形态和晶体／准晶结构及宽泛的尺寸选择性，而且具有良好的可调控性及相对容量的加工方法。利用嵌段共聚物这种自组装特性来制备一些利用传统技术难以获得的纳米材料（如功能纳米材料，纳米结构材料，模板材料，介孔固体等）及微米／亚微米微结构材料（如光子晶体等），具有优越性。这些材料将在信息技术，生物医学，催化等领域取得应用。     

光催化纳米材料的制备与光催化活性

光催化材料作为催化剂能催化降解数千种有毒有害化合物,它条件温和、无毒无害、无二次污染,是非常有发展前途的环保方法。但该法也有缺陷,如需要紫外光照射、对高浓度污染物降解能力差等。本文综述了光催化纳米材料的制备方法,并对提高光催化剂催化活性的修饰方法进行了评述,对光催化材料制备及修饰的发展方向和趋势进行了展望。     

物理混合法制备分级混晶TiO2微纳米材料及其光催化性能

通过物理混合法可控合成了分级混晶TiO₂微纳米材料, 采用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射仪(XRD)、 X射线光电子能谱仪(XPS)和固体紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对该微纳米材料进行了表征, 并评价了不同混晶比材料的光催化性能. 结果表明, 所得材料是由均匀负载金红石纳米颗粒的锐钛矿纳米片组装的三维分级结构. 其具有很高的光催化活性, 分级结构和混晶异相结的同时引入是提高材料光催化活性的关键.     

一维硅纳米材料的可控制备和机理

一维硅纳米材料具有不同于体硅材料的特殊光电性能,在光电子领域具有潜在的应用价值.通过"剪裁"一维硅纳米材料的尺寸、形貌和化学组分等,可以调控其物理化学性质.因此,探索并实现一维硅纳米材料的可控制备对于其实际应用至关重要.本文综述了一维硅纳米材料可控制备的最新进展,介绍了几种重要的制备方法及其生长机理,比较了不同方法在可控制备一维硅纳米材料中的优缺点,并展望了其未来发展方向.     

用丝素膜制备的纳米CdS及其光催化活性研究

根据蚕丝丝素蛋白等电点约4.5的特性,以CdCl_2·2.5H_2O和CH_3CSNH_2为原料,将CdCl_2用明胶包覆后置于定制的丝素膜反应器中,在pH=6条件下制得纳米 CdS。经 UV、AFM表征,CdS的平均粒径为 5～10 nm,其对活性染料 KD-8B有较好的光催化降解活性。     

低维聚合物纳米材料的自组装制备、性能及应用

特殊的聚合物可以通过分子间识别或分子间相互作用，自发地聚集成一定的分子结构或构筑成具有特殊结构和形状的聚集体，从而使其具有特殊的功能。这类自组装体系在微电子、新材料及生物医药等领域展现出了巨大的应用前景，已受到广泛关注。本文综述了低维聚合物纳米材料的自组装制备方法、性能和应用的最新进展。     

纳米材料研究进展Ⅱ：纳米材料的制备,表征与应用

本文综合介绍近十年来纳米材料的制备，表征与应用，探讨了各种方法的特点与适用性。     

二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备与应用研究进展

二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）纳米材料是一种新型的类石墨烯材料,具有优异的电学、光学及催化特性.简要介绍了TMDCs的晶体结构和电子特性;详细综述了常用的制备方法,主要包括机械剥离法、水（溶剂）热合成法、化学气相合成法等,并总结了各种方法的优缺点;归纳了二维TMDCs在电子器件、光电器件、传感器、微波吸收、储能和催化等方面的应用研究进展;最后总结了该领域存在的问题,展望了研究前景.     

Preparation of Photocatalytic Au–Ag2Te Nanomaterials

A facile approach has been developed for the preparation of various morphologies of Au–Ag₂Te nanomaterials (NMs) that exhibit strong photocatalytic activity. Te NMs (nanowires, nanopencils, and nanorice) were prepared from TeO₂ in the presence of various concentrations (16, 8, and 4 M ) of a reducing agent (N₂H₄) at different temperatures (25 and 60 °C). These three Te NMs were then used to prepare Au–Ag₂Te NMs by spontaneous redox reactions with Au³⁺ and Ag⁺ ions sequentially. The Au–Ag₂Te nanopencils exhibit the highest activity toward degradation of methylene blue and formation of active hydroxyl radicals on solar irradiation, mainly because they absorb light in the visible region most strongly. All three differently shaped Au–Ag₂Te NMs (10 μg mL^?1) provide a death rate of Escherichia coli greater than 80 % within 60 min, which is higher than that of 51 % for commercial TiO₂ nanoparticles (100 μg mL^?1). Under light irradiation, the Au NPs in Au–Ag₂Te NMs enhance the overall photo‐oxidation ability of Ag₂Te NMs through faster charge separation because of good contact between Ag₂Te and Au segments. With high antibacterial activity and low toxicity toward normal cells, the Au–Ag₂Te NMs hold great potential for use as efficient antibacterial agents.     

Nanomaterials in Protein Sample Preparation

Protein sample preparation is the most critical step in protein analysis of complex samples and is constituted by tedious, time-consuming, and difficult-to-automate steps that usually involve the use of high volumes of solvents. In recent years, novel extraction or digestion nanomaterials (NMs) have been developed aiming to overcome these drawbacks. In this review, we have grouped the recent works related to the development of new NMs and their applications to the extraction, enrichment/purification, and digestion of proteins. This paper evaluates the role of different kinds of NMs in each step of protein sample preparation focusing on the type of established interaction between the protein and the nanomaterial, their sensitivity and selectivity, their adsorption capacity, and the advantages that they bring in relation to time, efficiency, or reusability.     

不同形貌氧化镍纳米材料的合成及其电化学性能

以水-乙二醇为溶剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用溶剂热法合成了NiO纳米片,NiO纳米薄片通过自组装形成花状结构。 改变反应温度和溶剂,制备了NiO纳米立方体颗粒和NiO纳米球形颗粒。 用合成的NiO纳米材料制备工作电极,在6 mol/L的KOH溶液中利用三电极体系进行了电化学性能测试。 在电化学性能测试中进行了循环伏安测试、恒电流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)测试。 结果表明,NiO纳米片的比电容最高(在电流密度为0.5 A/g时比电容值为402 F/g),倍率性能最佳(0.5 A/g增加至4 A/g时有80.1%的电容保持率)。 在电流密度为4 A/g时对NiO纳米片进行1000次恒流充放电循环测试,比电容损失了9.7%。     

模板法制备CdSe纳米材料及其光电性能

采用电化学沉积法,在阳极氧化铝（AAO）模板中成功制备出CdSe纳米管和纳米线。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析（XRD）和能量色散X射线光谱仪（EDS）对材料的形貌、结构和元素组成进行了表征。借助紫外-可见吸收光谱等对材料光催化活性进行了研究。结果表明：通过控制沉积电量可成功制备CdSe纳米管和纳米线;CdSe纳米材料为立方晶型与六方晶型的混合,经350℃退火处理后,CdSe纳米材料中由立方晶型向六方晶型转变,光照开路电位差值明显增强,在0 V（vs SCE）电位下的光照电流密度也有所提高,光电转换性能增强;CdSe纳米线的吸收边在710 nm左右,禁带宽度约为1.85 eV,CdSe纳米管相对于CdSe纳米线具有更高的光电转换性能和光催化活性,经7 h光照后,罗丹明B降解效率高达53.93%。另外,本文还讨论了CdSe纳米材料在AAO模板孔壁的生长机理。     

模板法制备CdSe纳米材料及其光电性能

采用电化学沉积法,在阳极氧化铝（AAO）模板中成功制备出CdSe纳米管和纳米线。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析（XRD）和能量色散X射线光谱仪（EDS）对材料的形貌、结构和元素组成进行了表征。借助紫外-可见吸收光谱等对材料光催化活性进行了研究。结果表明：通过控制沉积电量可成功制备CdSe纳米管和纳米线;CdSe纳米材料为立方晶型与六方晶型的混合,经350℃退火处理后,CdSe纳米材料中由立方晶型向六方晶型转变,光照开路电位差值明显增强,在0 V（vs SCE）电位下的光照电流密度也有所提高,光电转换性能增强;CdSe纳米线的吸收边在710 nm左右,禁带宽度约为1.85 eV,CdSe纳米管相对于CdSe纳米线具有更高的光电转换性能和光催化活性,经7 h光照后,罗丹明B降解效率高达53.93%,另外,本文还讨论了CdSe纳米材料在AAO模板孔壁的生长机理。     

二维磁性纳米材料的可控合成及磁性调控

自旋电子学的研究重点在于同时利用电子的电荷和自旋两个自由度对信息进行处理和存储,其具有运行速度快、存储密度高和能耗低等优势。毫无疑问,发展二维磁性纳米材料的可控合成方法及磁性调控策略,对于新型自旋电子学器件的构筑具有重要的科学意义和应用价值。然而,目前得到的二维磁性纳米材料的种类十分有限,而且合成方法及磁性调控手段相对单一,极大地限制了该领域的发展。本文首先根据磁性的来源,对二维磁性纳米材料进行了分类,介绍了诱导产生的磁性和具有本征磁性的二维纳米材料,然后详细地归纳了二维磁性纳米材料常见的合成方法,如机械剥离法、电化学剥离法、化学气相沉积法以及液相合成方法等。此外,着重总结了二维材料磁性的主要调控手段,最后展望了该领域遇到的瓶颈、未来的研究重点及应用前景。     

离子掺杂氧化锌光催化纳米功能材料的制备及其应用

氧化锌是一种氧化还原电位高、激子结合能大（~60 meV）、物理和化学稳定性较好、廉价且无毒的半导体光催化剂。本文综述了掺杂氧化锌光催化剂的掺杂离子类型、制备方法、光催化效果及其作用机理。掺杂氧化锌的离子类型主要包括非金属离子单掺杂、金属离子（包括过渡金属离子和稀土金属离子）单掺杂和双离子共掺杂。离子掺杂后可在氧化锌晶格中引入更多的氧空穴或缺陷,为光致氧化反应提供更多的活性位点;或者引入杂质能级,扩大光吸收范围,增强可见光吸收能力。同时,掺杂的离子也可作为电子捕获中心,阻止光生电子-空穴对的复合,从而提高氧化锌光催化剂的性能。此外,文中还对掺杂氧化锌光催化剂在有机污染物降解、抗菌和光催化制氢等方面的应用进行了系统概述,并对其发展趋势作了展望。     

Graphene-Based Nanomaterials for Solar-Driven Overall Water Splitting

Water splitting through photocatalysis and photoelectrochemical methods is a promising strategy for solar energy utilization. Graphene is widely used in solar-driven overall water splitting because of its versatile properties. This review summarizes the preparation of graphene-based photocatalysts and photoelectrodes and the functions of graphene, and highlights the challenges and prospects of the future applications of graphene in solar-driven water splitting.