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研究方向

本课题组主要研究方向为功能纳米结构体系的设计合成,涉及纳米材料(包括一维结构,二维结构、纳米孔结构)的控制合成、排列组装、机理探索以及性能研究。工作特色为:利用简单经济、低毒环保的化合物,设计低能耗、简便可调的合成途径来控制合成多功能纳米结构材料。近几年的工作重点主要放在过渡金属氧化物和复合氧化物的设计合成上,目前已合成出一系列铁系氧化物和复合氧化物纳米结构材料,包括:类石墨烯铁系氧化物纳米片、氧化铁纳米环、三维类石墨烯氧化物网络结构、具有优良锂电性能的多级氧化铁纳米组装结构等。


多面体纳米结构

相较于低指数暴露面的多面体,高指数面多面体具有高活性,使得它们具有突出的的物理和化学性质。然而因为高表面能,高指数面往往生长得更快,在晶体生长过程中最终消失。这使得具有高能面的纳米晶体的合成成为一个重要但是具有挑战性的研究方向。我们采用两种合成方法分别合成出不同高指数面的a-Fe2O3多面体,包括十四面体和斜平行六面体。磁性研究表明这两种不同形貌的氧化铁显示出明显不同的磁学性质。十四面体氧化铁纳米晶体在室温下是自旋斜交铁磁性,在温度小于Tm时铁磁性消失。而斜平行六面体纳米晶体在室温下具有自旋斜交和缺陷铁磁性,在低温下则仍然拥有缺陷控制的铁磁性。

十四面体                                                       斜六面体



中空纳米结构

中空微米或纳米结构由于它们的在传感器、催化剂、药物载体和锂电池中的广泛应用引起了人们的兴趣。然而除了一些通过自上而下的方法刻蚀单晶多面体得到的中空多面体是单晶外,几乎所有合成的中空体都是多晶,极少数的文章报道了单晶中空结构的合成。我们采用拓扑转换方法,将多晶α-NiS中空球转化成单晶β-NiS中空结构。

  

多晶α-NiS中空球                                         单晶β-NiS中空球


纳米结构组装

纳米结构的合成以及引导纳米尺度的物质形成有序的超结构或者复杂的功能架构对于探索它们全新的性质具有很大的帮助。我们使用葡萄糖来辅助合成新型的铜拼图结构,并将它们应用到无酶葡萄糖传感器。相比于商业化的铜粉,用作无酶的葡萄糖传感器的铜拼图结构具有对葡萄糖浓度变化良好的线性关系、高灵敏度和选择性。

一维纳米结构(纳米线、纳米棒、纳米管)形成的网络状结构,被期望在下一代的纳米器件研究中扮演重要的角色。传统的晶体β-MnO2由于它的金红石型结构具有窄的隧道往往没有好的电化学活性。我们通过对β-MnO2纳米线的长程有序自组装合成新型的二维β-MnO2网络结构。这种网络状结构使得β-MnO2在电化学过程中能与电解液充分接触,降低电极的极化,增加放电容量和高倍率放电性能,因而展现出了良好的电化学活性。





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