金属氧化物-金属-导电聚合物三元纳米异质结构材料的制备与性能研究

设计合成具备双功能以至多功能的纳米异质结构材料是当前纳米科技领域的研究热点。本项目基于胶体溶液路线，借助于两亲分子的模板导向与稳定作用，利用不同组分之间晶格失配与晶面活性差异，通过调节组分间界面自由能，将金属氧化物、金属与导电聚合物融为一体，制备一系列兼具光、电、磁等多种性能的链状三元纳米异质结构材料；探索不同组分界面相互作用对于异质结构材料性能的影响；结合外加磁场或电场，考察纳米异质结构材料在气体传感、离子吸附转移及光催化等方面的应用。通过本项目的研究，可建立基于溶液路线制备多元（或多组分）、多功能纳米异质结构材料的有效方法，阐明异质结构的形成机制与调控规律，并利用不同功能材料之间的协同作用提高其在多个领域的应用效果，为实现兼具多种优良性能纳米材料的大规模、低成本的制备与应用提供理论基础与实验依据。

“金属氧化物-金属-导电聚合物三元纳米异质结构的构建与性能研究”青年基金以构建多元化纳米异质结构为核心，以金属氧化物、金属和导电聚合物及其复合材料为研究对象，面向不同组分的有效融合产生新的界面现象为主要目标，围绕此三类物质纳米结构与异质结构材料的制备、表征以及性能研究等基本科学问题开展工作。项目实施三年来，集中开展了以下三方面工作：.（一）单组分纳米结构材料的设计合成与性能研究。我们通过设计合理的路线，合成了具有新颖纳米结构的金属、金属氧化物以及导电聚合物纳米材料。包括覆盆子状聚苯胺、中空海胆状金、海胆状镍以及花状二氧化钛等。考察了它们在吸附、催化以及超级电容器等领域的应用。相关工作在New J. Chem., Gold Bull., Colloid. Surf. A, Chem. Lett.等杂志发表或待发表。.（二）二组分纳米异质结构的构建及其性能研究。我们通过引入两亲分子或基底，将金属与导电聚合物或者金属氧化物有机的结合，形成了覆盆子状金@聚苯胺、纤维状银@聚苯胺、颗粒镶嵌型银/聚吡咯以及银粒子修饰的花生状氧化锌纳米结构等，考察了相关材料在催化与储能方面的应用。相关工作发表在Colloid. Polym. Sci., New J. Chem., Synth. Met.以及J. Mater. Sci.等杂志。.（三）多组分纳米异质结构的构建及性能研究。我们通过晶种诱导或者表面修饰固定等方法，结合导电聚合物单体的表面聚合，获得了氧化锌/银/聚吡咯、二氧化钛/金/聚苯胺以及四氧化三铁@金@聚苯胺等三元金属氧化物/金属/导电聚合物异质结构。此外，我们拓展研究内容，得到了蛋黄-蛋壳型四氧化三铁@碳@二氧化钛和嵌段共聚物与导电聚合物共包覆的金属纳米粒子。我们详细考察了它们的光学特性及其在吸附与催化领域的应用性能。相关论文在Chem. Commun., CrysEngComm和Nanoscale等杂志发表或待发表。.项目执行三年来，共发表学术论文11篇，其中一篇为封面文章；受邀参加国际会议1次，参加国内学术会议4次；邀请国际著名专家来华访问2次，培养博士生3人，硕士生7人以及本科生科研创新2人； “纳米结构金属/导电聚合物复合材料的构建与性能研究”系列论文获得吉林省自然科学学术成果奖一等奖，较好的完成了既定任务。