过饱和度法调控纳米晶表面结构综述发表于Acc. Chem. Res.

发布日期:2018-10-25     浏览次数:837次    发布者:刘春英    

  我院谢兆雄教授和匡勤教授应邀撰写的综述性论文“TowardRationally Designing Surface Structures of Micro- and Nanocrystallites: Role of Supersaturation”发表于美国化学会旗下刊物Accounts of Chemical Research(Acc. Chem. Res.2018, DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00344)。论文系统地介绍了自2013年该课题组提出生长基元的过饱和度调控微/纳米晶表面结构的创新方法以来该领域的研究进展。

       纳米晶体很多重要的物理化学性质与其表面结构密切相关,因此纳米晶的表面结构调控及相关理论研究长期受到研究者的关注。在经典的晶体成核和生长理论中,晶体接近平衡态条件下生长的形貌由不同晶面的比表面能决定,可通过Wulff的晶面构建理论预测和确定。然而,如何控制纳米晶体表面能进而控制晶体的表面结构方面,国际上大部分的研究还是停留在试错法(Trial and error)阶段。2013年,谢兆雄课题组和田中群课题组合作推导出晶体的表面能与晶体生长基元的过饱和度密切相关,即纳米晶的表面结构可由纳米晶生长基元过饱和度决定,生长基元的过饱和度越高,所合成得到的纳米晶的裸露表面的表面能越高(J. Am. Chem. Soc.2013,135, 9311)。此后,该理论被国内外多个课题组应用于离子晶体、分子晶体、贵金属和金属氧化物微/纳米晶的表面结构调控中。

       该综述在简要介绍晶体生长的基本原理之后,从理论的角度强调了生长单元过饱和度对微/纳米晶表面结构的控制作用,并结合不同类型的微/纳米晶表面结构演变的典型案例,从生长基元过饱和度操纵的角度重点阐述了溶剂、添加剂、反应速率以及过电势等实验因素在微/纳米晶体表面结构调控中的关键作用。此外,简要讨论了在晶体生长动力学中过饱和度的作用,重点解释了在极高过饱和度下球形微/纳米微晶的形成。该理论的提出,弥补了非平衡态、过饱和条件下晶体生长相关理论的缺失,可为合理设计合成具有不同表面结构(特别是具有高表面能晶面)裸露的微/纳米晶给予有效指导。

       该工作得到科技部批准号:2015CB9323012017YFA02065002017YFA0206801),国家自然科学基金委(批准号:21333008、1603178、21671163和21773190),中国博士后科学基金批准号:2016M602066和2017T100468)的支持。

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  论文链接:http://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00344