利用超活泼金属纳米颗粒的置换反应合成多功能复合材料

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51171127
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
杜希文
依托单位：
天津大学
学科分类：
E0102.金属材料制备与加工
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
鲁逸人；毛晶；刘辉；金铭俊；陈学妍；
关键词：
置换反应荧光复合纳米结构磁性超活泼金属纳米颗粒

项目摘要

多功能复合纳米材料在生物医药领域具有广阔的应用前景，但这类复合材料的合成工艺过程较为复杂，材料的性能也不稳定，因此目前迫切需要发展出简单有效的合成工艺。本项目提出了一种合成多功能复合纳米材料的新思路，即通过超活泼金属纳米颗粒的多步置换反应获得集磁性、荧光、抗体连接位点于一体的复合材料。我们首先利用激光溅射方法得到超活泼金属纳米颗粒，然后以这些纳米金属颗粒为起始材料，利用多步置换反应依次析出不同的目标金属纳米颗粒，再经过后续反应合成各种功能组元，得到多功能复合纳米材料。其中可控地释放超活泼金属纳米颗粒的反应活性，为多步纳米级置换反应提供连续的驱动力，是制备纳米复合材料的关键。本项目将重点研究超活泼金属纳米颗粒的置换反应机理，开发出简单有效的合成工艺，获得具有优异性能的多功能纳米复合材料。

结项摘要

多功能复合纳米材料在生物载药领域及太阳能光电领域具有广阔的应用前景，但这类复合材料的合成工艺过程较为复杂，材料的性能也不稳定，因此目前迫切需要发展出简单有效的合成工艺。本项目针对均匀纳米颗粒的合成及纳米材料的置换和离子交换反应开展了深入系统的工作。在均匀纳米颗粒的合成方面，开创性地利用激光的选择性加热和量子尺寸限制效应实现了从块体金属到粒径可调的单分散金属胶体纳米晶的直接转化。以IIB族金属为例，从镉、锌金属靶材制备得到粒径6.5 nm - 16.8 nm，粒径分布<10%的单分散镉、锌胶体纳米晶，且粒径受到激光辐照能量密度调控。该方法同样适用于半导体单分散纳米颗粒的制备，如硫化铅，实现了从天然矿石到单分散量子点的一步合成。在纳米材料的置换反应方面，首先对活泼金属的伽瓦尼置换反应机理进行了研究，以Mg和Zn作为活泼的牺牲种子，系统研究了置换Ag，Au的不同反应，发现金属间的晶格匹配度和溶液的PH值是控制产物形貌的重要因素，且活泼金属外层的氧化物也会起到延缓置换的作用。基于对机理的认识，利用离子交换的方法制备了多种功能纳米结构，如CdS纳米刷、CdS纳米盒子、Cu2O纳米盒子、CoO多孔单晶纳米线、CZTS纳米片阵列。在功能性复合纳米材料的制备方面，将激光置换法得到的Au纳米笼作为药物的载体，可以实现其在生物领域上的应用。在光电领域的应用方面，利用前期合成的量子点作为光敏剂，设计了一系列新型的电池，如CdS反蛋白石电池、碳纳米管修饰的CdSe反蛋白石电池、CdS修饰的ZnO纳米线/CdTe全固态电池、以及CdS纳米片/P3HT有机无机杂化太阳能电池，使其光电效率得以大幅提升。