纳米金属氧化物粒子的可控制备及应用研究

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。

本项目围绕纳米材料技术在聚合物等高分子和有机体系中的应用这一国际前沿领域，探索单分散、高固含量功能导向性纳米金属氧化物颗粒分散体的低成本制备新方法，提出超重力法和原位改性后相转移合成技术为特征的制备新设想和新技术。重点研究制备单分散的ZnO、CeO2、TiO2等金属氧化物纳米颗粒分散体的方法和过程机理；研究制备工艺和颗粒结构特性（如颗粒大小、形貌、分散度）的关系。研究特种金属氧化物分散体在聚合物等高分子和有机体系中的应用方法和应用性能；构建单分散金属氧化物纳米分散体制备－结构－功能关系链，创制出低成本、可规模化制备新技术，为纳米氧化物颗粒在最终有机制品中的应用提供性能卓越的中间体和实用化基础。

本项目围绕纳米材料技术在聚合物等高分子和有机体系中的应用这一国际前沿领域，探索单分散、高固含量功能导向性纳米金属氧化物颗粒分散体的低成本制备新方法；提出了“超重力法”和“原位改性后相转移”合成技术为特征的制备新设想和新技术，重点研究并成功制备出了单分散的ZnO、CeO2、TiO2、和ATO等金属氧化物纳米颗粒分散体；随后研究了特种金属氧化物分散体在聚合物等高分子和有机体系中的应用方法和应用性能；成功实现了在玻璃贴膜和润滑油行业的应用。通过构建单分散金属氧化物纳米分散体制备－结构－功能关系链，创制出了低成本、可规模化制备的新技术，为纳米金属氧化物颗粒在最终有机制品中的应用提供了性能卓越的中间体和实用化基础。

粒子自组装是化学自组装领域中的一个重要研究方向。粒子在溶液中非模板条件下的规整自组装需要粒子间有各向异性的相互作用，这在大部分情况下是通过赋予粒子以各向异性的表面结构来实现。本项目的主要研究目标是实现具有环形补丁的各向异性粒子的制备与组装，探索组装体的功能化途径。在项目执行过程中，我们围绕主要研究目标开展研究工作，成功实现了环状各向异性粒子的制备，以及粒子间可控的一维及二维自组装；我们还实现了该各向异性粒子在溶液中的三维组装，形成空心球状的粒子组装体。另外，从环状各向异性粒子二维组装形成的二维片状结构出发，通过减弱环与球形粒子间的相互作用将球形粒子除去后，即可获得由纳米环沿环的平面二维排列形成的网状结构。因此，我们成功实现了本项目的核心目标。另外，我们还获得了如下成果：（1）类似于小分子重结晶的具有高度排它性的大分子自组装；传统的大分子自组装是互补性的，与排它性所具有的特征相反。由大分子的类似于重结晶的自组装，我们实现了纯净的单链Janus粒子的制备；该粒子具有与二亚基球状蛋白相似的介观结构，其高度排它性的自组装行为也与部分球状蛋白的重结晶行为相似。（2）设计高度可控的转化过程，从ABC三嵌段（或AB两嵌段）共聚物的溶液出发，将其从无规线团转变成ABC三嵌段(或AB两嵌段)不对称粒子。上述成果均具有很好的创新性以及重要的科学意义。我们利用与本项目的相关成果在Angew. Chem., ACS Macro. Letters, Biomaterials, Chem. Comm等期刊上共发表论文13篇，均致谢了本基金项目的资助。