固体所在合成空心纳米材料方面取得新进展

2011-7-19 13:33 来源: 中国科学院
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  利用克根达尔效应(Kirkendall效应)合成空心纳米材料是近来纳米材料制备科学领域的一个热点。实验中,利用克根达尔效应获得的产物的空心结构一般不超过500纳米。具有较大空心结构的纳米材料尤其在药物缓释、输送等领域可以显著提高载带能力。最近,中科院合肥物质科学研究院固体物理所研究人员采用水热法,成功的获得了具有较大中空结构的空心十四面体的锰氧化物(Mn3O4, Mn5O8, Mn2O3)。

  科研人员通过对实验过程认真分析,认为这种空心结构的形成依赖于克根达尔效应。反应的初期,金属锰与溶液发生水热反应生成Mn(OH)2的十四面体。在反应的末期,与空气接触的过程中,Mn(OH)2十四面体可被空气中的氧气氧化,进而发生克根达尔效应。值得注意的是,在这个反应过程中,从Mn(OH)2转变到Mn3O4时晶格结构要发生收缩(由于转变时要失去水,体积大约要缩小42%)。这种结构的收缩一方面加快了反应的速度,同时也增大了锰元素迁移的自由程,进而使柯肯达尔效应可以在更大的空间发生作用。

  研究者同时还对空心锰氧化物的磁学和电化学性质进行了研究。这些结果显示,这种材料在电容器、药物输送和缓释、环境治理和催化等多个领域中具有潜在的应用前景。

  相关论文已在英国皇家化学学会杂志CrystEngComm (2011, 13, 4915-4920)上发表。

  

空心Mn3O4的透射电镜照片(a),能谱(b和C)以及生长机理示意图(d)