分級納米結構制備研究取得進展

　　構成網格的結構單元本身就是網格

　　在分級納米結構的制備中，采用最多的方法是在已有的一維納米結構(例如納米線)表面繼續沉積或者生長這些一維的結構，例如，螺位錯驅動的PdS納米松樹;而基于二維納米結構單元的分級納米結構的研究尚不多見。和一維納米結構相比，二維納米結構能像剪紙那樣被“雕鏤”成各種形狀，晶格匹配引導的刻蝕-生長甚至可以在二維納米結構單元上制作有序的陣列。如果這些二維納米結構本身就能構成一些特殊的陣列或有序結構，那被雕鏤之后，這些陣列能轉化為的更復雜的分級結構。

　　國家納米科學中心劉前課題組以超平BiOx薄膜作為前驅體制作分級納米結構，它具有納米結構形貌均一，與平面加工工藝兼容性好等優點。BiOx薄膜在500℃加熱三小時后轉化為亞穩態的四方相β-Bi2O3薄膜，它由幾十微米大小的單晶晶疇構成。β-Bi2O3晶疇在稀鹽酸中生成由BiOCl納米片構成的二維正交網格(2DONW)。透射電鏡研究結果表明，兩組互相垂直的納米片的法向分別是β-Bi2O3的c-軸和[110]方向。BiOCl也是一種具有四方結構的材料，其片狀納米結構在硫代乙酰胺和鹽酸的混合溶液中加熱至60°C能生成Bi2S3網格，它也是一種2DONW。透射電鏡觀察顯示，該網格由兩組互相垂直且沿[001]方向(分別是BiOCl的[100]和[010]方向)生長的Bi2S3納米棒組成。這種Bi2S3分級結構是一種自相似的超結構——嵌套二維正交網格(N2DONW)。

　　把形核和生長進行分離，并人為地引導晶核的排列，可以制作出具有可控周期的網格結構和嵌套網格結構。這種結構用常規的納米加工技術是無法制作的，因此它可以看成一種非光刻的納米加工方法。N2DONW具有很大的比表面積，因此在催化劑載體、電化學儲氫、憶阻器件以及晶體外延引導的納米加工等領域有潛在的應用前景。

　　該工作以全文的形式在線發表在《美國化學會志》(JACS)(J. Am. Chem. Soc. 2011, DOI: /10.1021/ja111000.) 上。

　　這項工作是研究組系列研究工作的一部分。近年來，研究組還發展BiOCl的分級結構并研究了其光學特性，其結果被發表在Nanotechnology(2009, 20, 75702)上并被IOP評為當年度華人作者十佳論文。

　　本研究得到國家自然科學基金、國家973項目和科技部國際科技合作項目的支持。(來源：中科院國家納米科學中心)