合成或組裝具有特定形貌和結構的納米材料的普適策略：從基礎理論出發(fā).pdf

1、納米材料具有與塊體材料大不相同的特殊性質，在光學、電子學、生物學、催化等領域具有廣闊的應用前景，這也使納米科學成為了當今最活躍的研究領域之一，眾多學者為推進納米科學走向實際應用而不斷努力著。在過去三十年里，隨著具有各種結構和各樣形貌的納米材料相繼被制備出來，人們逐漸開始認識并理解納米材料形貌結構與性質之間的聯(lián)系，甚至能夠對一些具有特定形貌結構的納米材料的性質進行預測。
　　然而，迄今提出的大部分納米材料形貌調控的機理尚缺乏基礎理論

2、的全面支撐和各類體系的驗證，僅僅是針對有限的幾個體系所提出的猜想，故應用范圍有限，還無法指導理性設計合成所需材料，即停留在“有什么用什么”的層次。那么，如何尋找普適性強的機理呢？普適的機理應該來源于最基礎的原理，因為最基本的原理適用范圍最廣。因此，可否拋開現(xiàn)有的各種機理的束縛，從基本科學原理出發(fā)，推導出具有普適性的機理呢？這是納米材料科學領域最具挑戰(zhàn)的難題之一。
　　在本博士論文工作中，我們從基礎的物理化學原理和晶體結構理論出發(fā)，

3、以具有特殊形貌結構或性質的納米材料為目標，通過理性地分析推導，制定出特定的合成策略，提出單晶、多晶、復合二維組裝體、超晶體四類體系的各種形貌或結構的關鍵控制因素，并提出了相應的控制策略，進而從理論及實驗上，以各種體系的成功來驗證所提出策略的普適性。
　　主要研究內容和成果如下:
　　(1)針對單晶納米粒子的晶面控制問題，由最基本的熱力學化學勢平衡原理和Thomson-Gibbs方程推導出過飽和度與晶體表面能之間的關系，得出了

4、具有高表面能裸露的納米晶體可以在高過飽和度的生長環(huán)境下得到的結論。以此為合成策略，成功地應用在涵蓋離子晶體、分子晶體和金屬晶體的晶面控制中（例如具有不同晶面裸露的NaCl，TBPe，Au，Pd晶體），且晶面能量高低順序與過飽和度順序一致。并且可以完美地解釋許多文獻中提到的關于晶面控制的各類實驗現(xiàn)象和結果。
　　(2)針對多晶納米粒子的粒徑控制問題，創(chuàng)新地將傳統(tǒng)的品種生長法用于制備多晶納米球，獲得了表面粗糙度和粒徑分別可控的均勻金納

5、米球，進而將其用于表面增強拉曼光譜研究中的單粒子體系，獲得了靈敏度很高且重現(xiàn)性好的表面增強拉曼散射效果。。
　　(3)針對納米材料與宏觀材料之間介觀尺度的鴻溝，創(chuàng)新性地拓展晶體外延生長方法，開發(fā)出了一種利用層狀材料的外延生長法，誘導金納米粒子在其表面直接組裝成二維陣列，并適用于各種形狀的納米粒子，為構筑跨尺度的納米復合材料提供了一種新的思路。
　　(4)針對超晶格這一更高層次材料的形貌結構控制，用DNA分子調控各向異性納米粒