超分子功能凝胶体系中Fe3O4磁纳米晶的控制生长与性能优化

Supramolecular functional material - gel system can act as an ideal template for controlled synthesis of nanoparticles based on its tunable fiber network. Aiming at the shortages of current synthesis methods, Fe3O4 nanoparticles will be fabricated within three-dimensional gel nanofiber network as a template in this research. The topology of fiber network including pore size, crosslink degree and so on can control and tune structures of nanocrystals, and the growth direction of fibers and selective ion adsorption of the gel network can induce orientated growth of nanocrystals. As a result, functionalized Fe3O4 nanoparticles with uniform appearance and excellent magnetic performance will be anticipated to achieve by the aid of gel network. Influences of gelation conditions and reaction conditions on nanocrystal nucleation and growth will be investigated, and furthermore, template mechanism of gel network how to induce crystal nucleation and growth will be disclosed. A new approach to controlled synthesis of nanoparticles will be identified in this research, and can be attempted to extend to other systems.

超分子功能材料凝胶体系具有易于调控的纤维网状结构，是纳米可控合成的理想模板。本项目针对磁纳米Fe3O4现有合成方法的缺陷，以具有纳米级三维纤维网络结构的功能凝胶为模板合成纳米Fe3O4。通过调控凝胶的微观网络结构如孔道尺寸、交联度等调节纳米晶的形貎，利用模板的纤维生长取向和离子选择吸附性诱导纳米晶的取向生长，实现纳米晶的控制合成与性能优化，以期最终获得形貌规整、磁性能优异的功能化纳米Fe3O4；探究成胶条件、反应条件等因素对纳米晶成核与生长的影响规律，揭示超分子凝胶体系诱导纳米晶成核生长的模板作用机理。本项目建立了纳米可控合成的新思路，有望将凝胶体系的基础研究和应用拓展至更广泛的领域。

针对纳米Fe3O4化学合成方法现存的一些问题，结合超分子功能凝胶体系的微观结构特点，本项目深入研究了凝胶网状结构对合成纳米粒子的微观形貌调控和宏观性能优化，探究了凝胶体系诱导晶体成核与生长的模板作用机理。主要围绕以下三个方面开展研究工作：1 超分子凝胶体系微观结构的特点及可调控性研究；2 纳米Fe3O4的可控合成及性能优化研究；3 凝胶微观结构诱导的晶体成核与生长机理研究。.项目各项研究进展顺利，圆满完成了合同预定的各项研究内容，达到了预期的各项指标要求，并取得了创新性的研究成果：1 建立了纳米可控合成的新方法；2 深度揭示了纳米Fe3O4可控合成的凝胶模板作用机理；3 采用有机凝胶模板法合成的纳米Fe3O4各项技术指标满足合同预定要求：形貌规整，粒径分布窄，平均粒径约12 nm，比饱和磁化强度81.52 emu/g，矫顽力7.763 Oe；4 研究成果达到国际先进水平，对所建立的凝胶模板可控合成纳米材料的新方法进行了从实验到机理的深入探究，为该方法进一步拓展至其它的材料合成领域提供了基础的实验和理论数据指导；5 在本项目资助下，在国内外高水平学术期刊正式发表学术论文6篇，已正式接收待发表论文1篇，其中SCI 2区论文6篇，SCI 3区论文1篇；国际学术会议论文1篇。培养研究生共4人。