北理工張加濤團隊在Cell旗艦期刊《Matter》發(fā)表納米晶合成方法學(xué)綜述
發(fā)布日期：2020-03-06 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：李亞鑫 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院院長張加濤團隊在Cell旗下材料學(xué)旗艦期刊《Matter》上發(fā)表了題為《Cation/Anion Exchange Reactions towards the Syntheses of Upgraded Nanostructures: Principles and Applications》的綜述文章（Matter 2020, 2, 554-586）,，基于團隊在離子交換策略精準合成II-VI族摻雜及異質(zhì)納米晶及應(yīng)用方面研究成果,，詳細介紹了合成無機納米晶的離子交換反應(yīng)的反應(yīng)機理,、材料合成進展、性能應(yīng)用和展望,。
無機膠體納米晶,，由于尺寸、形貌,、組分調(diào)控合成引起的光電性能調(diào)控及應(yīng)用受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注,。進一步功能化應(yīng)用過程中，納米晶的異質(zhì)結(jié)構(gòu),、摻雜以及與尺寸,、形貌調(diào)控的有效結(jié)合具有重要的科學(xué)和應(yīng)用意義。離子交換反應(yīng),，近幾年逐步發(fā)展成為合成可控組成,、界面和形貌的無機納米晶的有效策略，在材料化學(xué)領(lǐng)域具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價值,。例如,，與傳統(tǒng)方法相比，逆向競爭陽離子交換反應(yīng)制備得到的深位點摻雜的量子點,，可以提高摻雜量子點的熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命,；離子交換策略，可以實現(xiàn)在原子級層面調(diào)控大晶格失配度下的金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)界面，更有利于等離子激元與激子的耦合以及熱電子的注入,，實現(xiàn)高效的光催化產(chǎn)氫,；通過離子交換策略實現(xiàn)的無機鈣鈦礦納米晶的組分調(diào)控和異價摻雜，可以有效實現(xiàn)其熒光位置調(diào)節(jié)和熒光穩(wěn)定性的提高等等,。因此,，離子交換反應(yīng)對于液相無機納米晶的合成，具有重要的應(yīng)用價值,。
圖1 離子交換反應(yīng)制備膠體納米晶及其性能研究
基于詳盡的文獻調(diào)研,，團隊梳理近幾年離子交換策略用于合成無機納米晶的研究展望，主要包括以下內(nèi)容：（1）離子交換反應(yīng)機理的研究進展,，主要包括熱力學(xué)和動力學(xué)研究,、溶劑配體的研究。其中,，張加濤教授團隊近年來深入研究了配體和溶劑等對于逆向競爭離子交換反應(yīng)機理影響及應(yīng)用拓展（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3683 –3687; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1 – 7）,；（2）離子交換反應(yīng)策略在精準調(diào)控制備在包括合金態(tài)/摻雜量子點、異質(zhì)納米晶,、中空納米晶,、鈣鈦礦納米晶、二維納米晶等無機膠體納米晶方面研究進展,。其中張加濤教授團隊提出了逆向競爭陽離子交換反應(yīng)策略并實現(xiàn)了II-VI族量子點深度位置的異價重摻雜,，為有效解決自清潔效應(yīng)引起的穩(wěn)定摻雜問題提供新方法、新材料（Adv. Mater. 2015, 27, 2753–2761）,。并進一步用逆向競爭陽離子交換反應(yīng)策略實現(xiàn)了水相制備金屬-單晶半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶,，在實現(xiàn)高結(jié)晶度殼層的同時，可以有效實現(xiàn)其低缺陷的異質(zhì)界面及應(yīng)用（Nano Energy 2019, 57, 57–65）,。團隊基于異質(zhì)納米晶的合成工作,，從晶格失配的角度梳理了納米晶界面合成化學(xué)綜述（Chem. Rev. 2020, 120, 2123-2170）；（3）離子交換反應(yīng)精準合成的納米晶的性能應(yīng)用研究進展,，包括熒光調(diào)控,、光熱性能、光催化/光電催化性能研究,、電化學(xué)應(yīng)用等等,。例如張加濤研究團隊與合作者發(fā)現(xiàn)Ag摻雜CdSe量子點的光誘導(dǎo)Ag+向Ag2+轉(zhuǎn)變和因此產(chǎn)生的光誘導(dǎo)磁性（Nat. Nanotech. 2018, 13, 145-151），利用陽離子交換策略制備的具有清晰異質(zhì)界面的單晶核殼納米晶在光解水產(chǎn)氫 (Nano Energy 2018, 48, 44–52,；Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803889),、近紅外光電探測(Nano Energy 2019, 57, 57–65)、光熱療應(yīng)用（Adv. Mater. 2016, 28, 3094–3101）等領(lǐng)域均展現(xiàn)出了較高的性能優(yōu)勢,；（4）離子交換策略的展望,，包括用于復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)的精準制備,，進一步實現(xiàn)原子級位點和表界面應(yīng)變的調(diào)控等。
上述研究成果得到了結(jié)構(gòu)可控先進功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點實驗室和材料學(xué)院先進材料實驗中心的平臺支持,，得到了國家自然科學(xué)基金 (Grant No. 51702016, 51631001, 51872030, 21643003, 51501010)和科研院創(chuàng)新人才支持計劃經(jīng)費的支持,。北理工材料學(xué)院博士畢業(yè)生李欣遠（現(xiàn)清華大學(xué)博士后）和紀穆為（現(xiàn)深圳大學(xué)副研究員）為文章共同第一作者，北理工李紅博教授和張加濤教授為通訊作者,，北理工為第一通訊單位。
原文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30415-1
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