金属和金属氧化物纳米晶体的表面结构控制及功能调控

表面与界面是各类材料的特殊和关键的组成部分，表面与界面的结构直接决定了材料的某些化学和物理性质。本项目运用结构化学和表面科学基本原理和研究方法，通过晶体生长环境的控制和定向化学刻蚀，实现了纳米晶体表面结构的可控制备，进而调控其晶面相关的物理化学特性：提出了通过过饱和度控制微纳米晶体表面能的理论，并以此理论为指导，设计合成了一系列具有不同表面能晶面的微纳米晶体；成功地制备了一系列高指数晶面裸露的Au、Pd、Pt及其合金纳米晶体，并研究其表面结构与相关催化等物理化学性质的关系；发展了UPD辅助合成贵金属纳米合金的方法，成功制备了{hkl}高指数晶面裸露的Au-Pd纳米晶及比例可调的八面体Pt-Cu纳米合金等；控制合成了具有高能面裸露的SnO2、Cu2O、TiO2等微纳米晶体，并对其气敏和催化性质进行了测试；使用“自上而下”定向化学刻蚀的方法合成出具有螺旋结构的ZnO纳米材料以及具有可见光区荧光且波长可调的MgO纳米晶簇。以ZnO@ZIF 8纳米棒为例研究了半导体氧化物@MOF核壳结构的制备，实现了分子尺寸选择性的光电检测；通过对光催化剂不同晶面的选择性负载提高其光生载流子分离效率。

表面是各类固体材料的特殊和关键的组成部分，众多化学反应和物理过程也发生在表面上，表面的结构直接决定了材料的某些化学和物理性质。在纳米尺度下，表面的作用尤为突出，纳米晶体的生长、性质以及进一步的组装、功能化，皆与其表面结构密切相关。本项目拟以晶体的各向异性这一基本性质为出发点，以具有催化等重要物理化学性质的金属氧化物、金属纳米晶体为主要研究对象，通过晶体生长环境的控制和定向化学刻蚀，实现纳米晶体表面结构的可控制备，进而调控其晶面相关的物理化学特性。该研究拟发展纳米晶体表面结构控制的新方法，发现和总结相应的表面结构控制规律以及明确表面结构与物理化学性质之间的关联，为具有实用前景的纳米晶体的表面、界面行为及功能调控的提供理论和实践基础，进而在表面科学基础研究和实际应用之间建立起一座桥梁，将单晶体的表面结构与其物理化学性能调控的研究从纯基础研究推进到实用化的研究。

采用激光气相法，固相蒸凝法与液相化学相结合技术，以纳米金属氧化物为研究对象，开展无机功能纳米材料的设计和可控制备研究；寻找制备工艺参数与微观结构之间的函数关系，建立结构与性能的理论模型；开展纳米金属氧化物粒子作为高性能气敏传感材料和高效催化材料的特异性能和应用探索研究，对完善纳米材料的制备技术和认识其特性有重要价值。

金属氧化物纳米结构具有许多优异的性能，在各个领域内具有广泛的应用。本项目主要研究金属氧化物纳米结构在强磁场作用下的结构稳定性和性能变化规律，以澄清金属氧化物纳米结构在各种条件下的结构－性能之间的关联性；研究在其熔点附近，强磁场作用对金属氧化物纳米结构的形貌变化、结构变化和性能变化的调控作用及机理，以探索制备新型功能纳米材料的新技术和新方法。.本项目的实施和完成，将强磁场技术引入纳米材料研究领域，有助于研究外场作用对纳米材料的结构稳定性和性能的影响规律，澄清各种条件下纳米材料的结构－性能关联性等科学问题，以及探索和发展新的功能纳米材料制备技术和制备工艺，为金属氧化物纳米结构在各种器件中的广泛应用提供技术支撑。

将有机半导体可溶液加工性和无机半导体的高载流子迁移率的优势结合可获得光学和热稳定性良好的复合材料与器件，近年来在光电子器件领域得到了广泛关注。本项目采用具有高载流子迁移率的金属氧化物半导体纳米结构材料（量子点、线、管）与有机半导体材料（聚合物电子传输材料或者空穴传输材料）结合构成混合或者分层薄膜用于OLED中的载流子传输层。通过表面钝化技术解决金属氧化物纳米结构材料在混合层中的分散性或者在分层薄膜界面的均匀性，获得高质量的薄膜；借助飞行时间光谱技术，讨论纳米材料的结构对OLED器件功能层中载流子迁移率的影响，获得器件中空穴和电子载流子向发射层的电荷注入控制与平衡；借助变温稳态与瞬态光致发光、电致发光光谱，讨论复合载流子功能层对发光层的激发机制以及能量传递规律的影响，达到改变电压在各层的分量，降低器件的无辐射弛豫过程，通过复合薄膜的结构设计与优化，达到进一步通过器件性能的目的。