纳米晶合成技术的新突破及商业价值开发

本文刊载于《科学观察》2007年第2卷第2期P58-P59。

如果您喜欢，欢迎订购我刊。

在过去的几年里，纳米晶合成技术取得了长足的进步，但是，如何制备更加复杂的低维纳米结构依然是当今研究人员所面临的挑战。本期热门论文前10名中，除了论文5和论文9，其余8篇都是研究纳米结构方面的文章，而其中值得关注的是论文2，它是一篇可引发纳米晶合成领域革命性进步的文章。该论文是由清华大学的李亚栋教授及其同事以及位于北京的中国国家纳米科学中心共同完成的。

论文2报道了一种制备纳米晶的新方法。纳米晶形成于液体、固体和水溶液混合物的界面处。这种被称为LSS（liquid-solid-solution，液体-固体-溶液）的工艺，其制备程序和反应试剂虽然很简单，但产物却比较复杂。LSS方法制备纳米结构材料的一个典型例子就是合成均一的贵金属量子点。这些量子点生长于由某贵金属盐的水溶液、某长链脂肪酸以及该脂肪酸盐与乙醇组成的混合物。例如，在90℃加热硝酸银溶液、亚油酸、亚油酸钠与乙醇的混合物10个小时，通过透射电子显微镜（TEM）则能观察到大量均一的6.1nm银纳米晶体。晶体的尺寸可以通过改变温度和脂肪酸链长度的方法来进行调节。

反应过程中，反应物的加入有其特定的顺序：首先是贵金属盐溶液，其次是亚油酸钠或硬脂酸钠，再次是相应的脂肪酸，最后加入乙醇。此时，混合物形成三相，分别是固态的钠脂肪酸盐，脂肪酸的乙醇溶液以及贵金属盐的水-乙醇溶液。加热混合物，贵金属离子出现在两相界面，然后被还原。纳米晶体形成后，其表面将吸附长链脂肪酸，从而具有疏水性，最终沉积到容器底部。

李教授介绍，LSS过程不仅能够制备具有半导体、荧光性质的纳米晶体，而且也可以合成磁性、介电纳米材料。带隙半导体，例如硫化镉和硒化镉，同样可以通过这种方法制备。例如，在180℃加热亚硒酸镉（CdSeO3）水溶液与其他三种试剂的混合物就可以合成出CdSe晶体。利用这种方法同样可以合成钛、铜、锆、锡这些元素的金属氧化物以及银、锌、铅、锰四种元素的金属硫化物纳米晶体。(www.xing528.com)

通过使用双金属盐溶液，李教授能够合成出MFe2O4（M为Fe、Co、Mg、Zn、Mn中的任意一种元素）类型的磁性纳米晶体或MTiO3（M为Ba 或Sr）类型的介电晶体。李教授推测由于Fe3O4和CoFe2O4磁性纳米晶体的均一性，它们作为生物磁性标记物的前景非常诱人（更多信息，请参阅X. Liang, et al., AdvancedFunctional Materials, 16[14]:1805-13, 2006）。在医疗应用领域，羟基磷灰石纳米晶体可能在人造骨移植方面有所建树（请参阅X.Wang,et al.,Advanced Materials,18[15]: 2031-4, 2006）。

论文2描述了稀土荧光纳米晶体（如YbF3和LaF3）的制备，通过TEM可知其形状为球状（请参阅X.Wang, et al., InorganicChemistry, 45[17]: 6661-5, 2006）。文章还介绍了通过聚吡咯(polypyrrole,PPy)制备导电聚合物纳米晶体，以及通过酞菁铜制备光电晶体的研究。新的纳米晶体可以很容易地分散在类似环己胺和氯仿的非极性溶剂中，形成可以保持稳定数月的胶体溶液。利用这些溶液，研究人员可以很容易的通过滴加或浸渍涂覆的方式在表面制备单层膜。

纳米晶体的研究将走向何方？“我们正在寻求新的、通用的方法，从而把纳米晶体整合成更加复杂的结构，例如可以在介观和宏观装置中得以应用的1D、2D或3D超晶格，”李教授对记者说。一旦纳米晶体的商业价值得到开发，毫无疑问，论文2应该是功不可没。

翻译：朱海峰 审校：马建华

*John Emsley 博士，英国剑桥大学化学系