d区元素氧化物单晶纳米颗粒的设计与剪裁新方法研究

本研究拟从晶体的各向异性出发，针对具有配位能力Fe、Co、Mn、Cu、Zn等d区元素，开发一种单晶氧化物纳米颗粒设计与剪裁的新方法：多配体离子分级作用，即以晶体的各向异性及其导致的各晶面对配体离子的选择性吸附为切入点，选择合适的配体离子组合，使各配体离子在反应过程中，按先后次序分级主导晶体颗粒的生长行为，实现纳米颗粒的逐级定向生长或先定向生长后定向溶解，从而达到对颗粒暴露晶面及外观形貌的较精确调控，进而对不同结构（外观形貌、生长方向、暴露晶面等）单晶纳米颗粒的光、电、磁、热及各种波谱行为进行研究，探讨其结构与性能之间的关系，为合成单晶纳米颗粒的合成与应用提供理论支持。

本项目针对具有配位能力Fe、Co、Ni等典型d区金属元素，从晶体的各向异性出发，以其氧化物晶体的各向异性及其导致的各晶面对配体离子的选择性吸附为切入点，系统研究了无机单配体离子、有机单配体离子、无机－无机、无机－有机等双配体离子及三配体离子作用下，氧化物单晶纳米颗粒的生长行为，对各种配体离子作用下，单晶氧化物纳米颗粒的生长方向、暴露晶面、溶解方向等有了一定的认识。在部分设计的双配体离子及多配体离子组合体系中，可以实现各配体离子在反应过程中，按先后次序分级主导晶体颗粒的生长行为，已基本证实了本项目的核心内容“多配体离子分级作用影响氧化物纳米颗粒生长行为”的可行性。. 在此研究基础上,可以控制氧化铁单晶纳米颗粒形貌为梭形、棒状、管状、环状、盘状、十二面体、十八面体、菱面体、六方柱状、树枝状等结构，其主暴露晶面为(001)、(100)、(101)、(104) 、(111)、(112)等晶面。可以控制氧化钴单晶纳米颗粒的形貌为立方、八面体、花状等结构，其主暴露晶面为(100)、(111)、(113)等晶面。可以控制镍氧化物为纳米带、六方纳米板、纳米花等形貌结构，其主暴露晶面为(001)和(100)面。在单晶氧化物纳米颗粒的形貌及晶面控制的基础上，对形貌结构与各种性能（磁性能、传感性能、催化性能、电化学性能等）之间的关系进行了探索研究，得到了一些有意思的结果。如α-Fe2O3十二面体及十八面体颗粒具有超高的磁矫顽力，分别可以达到4986 Oe和6512 Oe，为目前文献报道的最高值；以(112)面为主暴露晶面的六方柱状α-Fe2O3纳米颗粒对H2O2浓度有着良好的感应性，在40μmol/L到4.66 mmol/L的大范围内保持了良好的响应和线性；以(111)面为主暴露晶面的Co3O4八面体纳米颗粒，在催化高氯酸铵分解的反应中，表现出了较高的反应活性，可使其分解温度降低137oC。. 在本项目的支持下，培养博士毕业生一名，即将毕业博士生一名，在包括Chem. Comm., J. Mater. Chem, CrystEngComm, Eur. J. Inorgan.Chem等国内外知名化学材料期刊上发表学术论文13篇，获得“山西省第十六届优秀学术论文奖”一等奖1次。该项目的后续研究，“d区非贵金属氧化物纳米催化剂的晶面选择性研究”，获得了国家自然科学基金青年-面上连续