金属纳米晶的可控合成、组装及多功能异质纳米结构的构筑

纳米晶的可控合成是采用"自下而上"路线构筑先进纳电子器件和多功能异质纳米结构的前提。基于金属纳米晶研究领域的现状，改进和发展非水体系热分解方法进行磁性金属（Ni，Co，Fe）和光学活性金属纳米晶的可控合成，以期实现对其尺寸、形貌和相结构的同时调控，总结出相关的调控规律，阐明尺寸、形貌和相结构与性能之间的关系。在此基础上，研究所得Ni，Co，Fe，Ag纳米晶建筑块在单晶硅基底上的有序组装问题，为今后构建基于上述金属纳米晶的电荷存储器件和自旋电子装置铺垫道路。此外，将所得的磁性（Ni，Co，Fe）和光学活性（Ag）金属纳米晶有效"联姻"构筑新型多组分多功能异质纳米结构，弄清组分、结构和界面与性能之间的关联，为今后设计和开发新的磁光转换材料和多功能金属纳米晶催化剂提供理论基础。

金属纳米晶在许多领域有着重要的应用, 可控合成金属纳米晶是采用”由下而上”策略组装先进纳米建筑和纳电子器件的关键一步。本项目基本按照研究计划执行, 在研究中期结合实际情况和该领域的发展, 对有关内容进行了适当调整, 取得了一些进展和初步成果: (1) 可控合成了不同尺寸和形貌的、高度单分散的Ni、Co、Ag、Cu、Pd等单金属纳米晶, 实现了对Ni、Co纳米晶相结构的调控, 总结出了一些相结构调控方面的经验规律, 初步完成了几种金属纳米晶的较大面积的组装, 得到了一些2D或3D超晶格结构, 在较大尺寸的六方相Ni纳米晶中观察到了超铁磁性质, 发现6 nm的Ag纳米晶具有很高的催化活性, 可与相同尺寸的Pd纳米晶相媲美; (2) 可控合成了Ni-Ag、Pd-Ag、Ag-Fe、Co-Ru、Ni-Cu等双金属合金纳米晶, 实现了对合金组份、尺寸、形貌以及相结构的控制, 发现Ni-Ag合金催化二硝基苯加氢反应的选择性与其组份相关联, 首次在Ag-Fe合金中观察到了六重孪晶现象, 在一些合金中观察到了新的电子耦合或电子转移现象以及增强的催化性能; (3) 可控合成了章鱼触须状Cu纳米线－Ag纳米晶、Cu纳米线－Au纳米晶、Cu纳米线－Pd纳米晶等异质结构,首次在金属异质纳米结构中观察到了Stranski-Krastanow (S-K)外延生长模式, 发现这些异质金属纳米结构不仅具有很好的光学性质, 而且可作为高效非-Pt电催化剂用于碱性燃料电池; (4) 可控合成了具有较规则几何外型的Co-Pd、Pd、Ni、Ru、Ag、Au等金属介晶或纳米粒子组装体, 体现出增强或一些新的理化性质, 发现Co-Pd花状介晶催化O2还原反应的性能可与Pt基催化剂媲美; (5) 组装或负载一些金属纳米晶到具有规则几何外型的载体上, 得到了一些金属-介电/导电杂化纳米材料或异质纳米结构, 发现载体的尺寸和维度影响较大尺寸Ag纳米晶催化硝基苯加氢反应活性。此外, 我们还将所用合成方法和相结构调控规律拓展, 开展了一些金属硫属化合物半导体组装体和相结构调控等方面的工作, 研究了相结构对组装体光、电和催化性质的影响, 取得了一些有意义的结果。