国家纳米科学中心分级纳米结构研究取得重要进展

2011-3-28 09:33 来源: 中国科学院
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构成网格的结构单元本身就是网格

  在分级纳米结构的制备中,采用最多的方法是在已有的一维纳米结构(例如纳米线)表面继续沉积或者生长这些一维的结构,例如,螺位错驱动的PdS纳米松树;而基于二维纳米结构单元的分级纳米结构的研究尚不多见。和一维纳米结构相比,二维纳米结构能像剪纸那样被“雕镂”成各种形状,晶格匹配引导的刻蚀-生长甚至可以在二维纳米结构单元上制作有序的阵列。如果这些二维纳米结构本身就能构成一些特殊的阵列或有序结构,那被雕镂之后,这些阵列能转化为的更复杂的分级结构。

  国家纳米科学中心刘前课题组以超平BiOx薄膜作为前驱体制作分级纳米结构,它具有纳米结构形貌均一,与平面加工工艺兼容性好等优点。BiOx薄膜在500°C加热三小时后转化为亚稳态的四方相β-Bi2O3薄膜,它由几十微米大小的单晶晶畴构成。β-Bi2O3晶畴在稀盐酸中生成由BiOCl纳米片构成的二维正交网格(2DONW)。透射电镜研究结果表明,两组互相垂直的纳米片的法向分别是β-Bi2O3的c-轴和[110]方向。BiOCl也是一种具有四方结构的材料,其片状纳米结构在硫代乙酰胺和盐酸的混合溶液中加热至60°C能生成Bi2S3网格,它也是一种2DONW。透射电镜观察显示,该网格由两组互相垂直且沿[001]方向(分别是BiOCl的[100]和[010]方向)生长的Bi2S3纳米棒组成。这种Bi2S3分级结构是一种自相似的超结构——嵌套二维正交网格(N2DONW)。

  把形核和生长进行分离,并人为地引导晶核的排列,可以制作出具有可控周期的网格结构和嵌套网格结构。这种结构用常规的纳米加工技术是无法制作的,因此它可以看成一种非光刻的纳米加工方法。N2DONW具有很大的比表面积,因此在催化剂载体、电化学储氢、忆阻器件以及晶体外延引导的纳米加工等领域有潜在的应用前景。

  该工作以全文的形式在线发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2011, DOI: /10.1021/ja111000.) 上。

  这项工作是研究组系列研究工作的一部分。近年来,研究组还发展BiOCl的分级结构并研究了其光学特性,其结果被发表在Nanotechnology(2009, 20, 75702)上并被IOP评为当年度华人作者十佳论文。

  本研究得到国家自然科学基金、国家973项目和科技部国际科技合作项目的支持。