唐智勇

國(guó)家納米科學(xué)中心，北京 100190

納米材料因具有獨(dú)特的光、電、磁、力學(xué)、催化等性質(zhì)，已成為當(dāng)今化學(xué)，物理和材料領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象。自從上世紀(jì)80年代至今，經(jīng)由超細(xì)粉體、納米粉體等發(fā)展到尺寸/晶面可控的單分散納米晶、納米線/管陣列及二維范德華異質(zhì)結(jié)，對(duì)其性質(zhì)的探索由單純追求小尺寸、大比表面積向系統(tǒng)研究其物理和化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，這就對(duì)納米材料的合成提出了更高的要求。隨著合成化學(xué)的快速發(fā)展，人們逐步實(shí)現(xiàn)了在原子、分子水平上進(jìn)行納米材料的精準(zhǔn)合成，對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)、剪裁和優(yōu)化，研究其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，進(jìn)而探索新的功能。本專輯中收集了我國(guó)部分科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，展示了納米材料的可控合成和自組裝及其在催化、生物和環(huán)境等方面的性能。

在納米材料合成方面，楊建輝等1將油胺修飾的6.0、7.3和9.6 nm的金納米晶分別與3.7 nm的金納米晶以一定濃度混合，采用溶劑蒸發(fā)法制備了AB2型(六邊形AIB2結(jié)構(gòu))，AB13型(NaZn13結(jié)構(gòu))和AB型(立方NaCl結(jié)構(gòu))的二元金納米晶超晶格。張靜、唐智勇等2在乙腈溶劑中用十八烷基三甲基銨替換Lindqvist型多金屬氧簇復(fù)合物(TBA)2[Mo6O19]的抗衡離子，通過(guò)簡(jiǎn)單的替換方法制備了一種單鏈表面活性劑包覆的多金屬氧簇復(fù)合物(ODTA)2[Mo6O19]。趙宇飛、宋宇飛等3從合成方法、表征手段和應(yīng)用三個(gè)角度討論了單層及超薄水滑石的精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而詳細(xì)論述了其規(guī)模化生產(chǎn)的進(jìn)展。李明珠、宋延林等4概述了納米粒子自組裝的控制方法與典型形貌，著重分析了影響納米粒子精準(zhǔn)排布的因素與控制方法，并對(duì)納米粒子精準(zhǔn)組裝所面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

在電催化性能方面，楊微微、于永生、郭少軍等5報(bào)道了一類新型的具有有序金屬間結(jié)構(gòu)的Rh摻雜PdCu納米顆粒，用于提高陰極氧還原反應(yīng)(ORR)性能。在堿性條件下，0.9 V電位下的質(zhì)量活性相比商業(yè)Pt/C提高了7.4倍；在連續(xù)20000個(gè)循環(huán)后的半波電位和質(zhì)量活性幾乎不變。戎宏盼、王定勝等6綜述了鉑基金屬間納米晶的研究現(xiàn)狀，著重介紹了鉑基金屬間化合物的可控合成策略及其在燃料電池陰極氧還原反應(yīng)(ORR)中的最新研究進(jìn)展，分析了該領(lǐng)域存在的問(wèn)題，并展望了未來(lái)的發(fā)展方向。韓娜、李彥光等7綜述了Pd基催化劑電還原CO2的研究現(xiàn)狀，討論了尺寸效應(yīng)、形貌效應(yīng)、合金效應(yīng)、核殼效應(yīng)及載體效應(yīng)對(duì)Pd基催化劑性能的影響，探討了這類材料存在的問(wèn)題、挑戰(zhàn)及未來(lái)的發(fā)展方向。

在熱催化性能方面，王亮等8將Rh物種引入到Y(jié)沸石中，然后在水熱條件下將Y沸石晶體轉(zhuǎn)化為CHA沸石，實(shí)現(xiàn)Rh封裝在CHA中，即Rh@CHA。在催化1,4-己二烯加氫反應(yīng)中，Rh@CHA展現(xiàn)出91.2%的1,4-己二烯轉(zhuǎn)化率和86.7%的2-己烯選擇性。相比而言，常規(guī)方法制得的Rh/CHA作為催化劑，2-己烯選擇性僅為37.2%。研究表明，沸石的微孔孔道限域效應(yīng)有助于選擇性的提高。瞿永泉等9綜述了一種表面缺陷調(diào)控策略，在具有表面氧缺陷團(tuán)簇的CeO2表面構(gòu)建了一種由兩個(gè)相連的Ce3+組成的Lewis酸性位點(diǎn)，其與氧缺陷團(tuán)簇相鄰的Lewis堿性的O原子組成新穎的Lewis酸堿對(duì)(FLP)。該固體FLP的活性位點(diǎn)可以活化H2進(jìn)行加氫反應(yīng)，也可以活化CO2合成環(huán)碳酸酯，還可用于CH4活化，最后總結(jié)了FLP發(fā)展中的挑戰(zhàn)和前景。

在光催化性能方面，孔祥建等10以螯合作用較強(qiáng)的3,5-二叔丁基水楊酸(H2dtbsa)為配體，以稀土鹽和Ti(OiPr)4為原料，通過(guò)溶劑熱法成功合成了四個(gè)新的稀土-鈦氧簇合物。單晶分析表明，七核化合物1內(nèi)核EuTi6具有三角棱柱的結(jié)構(gòu)，其中Eu3+位于六個(gè)Ti4+離子形成的棱柱中心。八核化合物2和3的金屬內(nèi)核結(jié)構(gòu)可以看作是化合物1中三棱柱的一側(cè)連接一個(gè)Ti4+?；衔?中，Ln2Ti14的金屬骨架可看作是EuTi7的二聚體。紫外-可見漫反射光譜估算的帶隙值表明，簇合物1、2和3的禁帶寬度值分別為2.35、2.07和2.16 eV。在300–800 nm范圍內(nèi)于甲醇水溶液中進(jìn)行了光解水產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明簇合物1、2和3的產(chǎn)氫率分別為112、106和87 μmol?h?1?g?1，高于商用P25。

在癌癥診療方面，金納米粒子具有局域表面等離子體共振可調(diào)、表面可修飾性和良好的生物兼容性等，展現(xiàn)出廣泛的研究前景。夏云生等11闡述了金納米復(fù)合材料的制備方法，包括一步法、種子生長(zhǎng)法及非原位組裝法，總結(jié)了其在癌癥診療方面的應(yīng)用，探討了其在診療中存在問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展前景。

在重鹽水脫鹽方面，碳基材料如碳納米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵蓋整個(gè)太陽(yáng)光光譜的光吸收能力，是一類新型的光熱轉(zhuǎn)換材料。王苗、侯旭等12采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在不銹鋼網(wǎng)狀骨架上生長(zhǎng)碳納米管形成光熱轉(zhuǎn)換活性區(qū)，設(shè)計(jì)出了房屋型太陽(yáng)能蒸發(fā)器，其中鹽水表面被微米網(wǎng)狀-碳納米管蒸發(fā)膜覆蓋，利用光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)重鹽水中的水蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸氣，最后對(duì)水蒸氣進(jìn)行冷凝回收實(shí)現(xiàn)脫鹽。當(dāng)光照強(qiáng)度為1個(gè)太陽(yáng)光(1 kW·m?2)時(shí)，膜表面溫度迅速升高并穩(wěn)定于84.37 °C，對(duì)于重鹽水(100 g·L?1NaCl)的脫鹽率達(dá)到99.92%，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)的重鹽水脫鹽。

綜上可以看出，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)合成不同類型的納米材料，可以使其在能源、催化、醫(yī)療診斷、海水淡化等方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。盡管目前在納米材料合成方面已取得了一些重要的研究進(jìn)展，但未來(lái)仍需以功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用為導(dǎo)向，發(fā)展原子、分子水平上納米材料精準(zhǔn)合成的新方法和新策略，實(shí)現(xiàn)納米材料功能的精準(zhǔn)定制，從而促進(jìn)和推動(dòng)納米材料在信息、能源、制造、健康和環(huán)境等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。