中国科大在《Chemical Reviews》发表有关纳米材料稳定性和反应性的评述 2018-04-13

近日,国际顶级化学综述期刊美国化学会《Chemical Reviews》发表了我校俞书宏课题组受邀撰写的评述论文“Stability and Reactivity: Positive and Negative Aspects for Nanoparticle Processing” 
(Chem. Rev. 2018, 118, 3209-3250),全面总结了国际上关于纳米材料稳定性和反应性研究领域取得的研究进展,阐述了作者对纳米材料稳定性和反应性研究的认识和理解,提出了今后有关纳米材料稳定性和反应性研究的建议和今后值得关注的科学问题。论文的第一作者为我校博士后徐亮。 
 
  纳米材料高的表面能使其具有双重特性,即低的稳定性和高的反应性。一方面,由于其高的反应性,纳米材料可以通过温和的化学转化过程制备功能纳米材料;另一方面,纳米材料高的反应性也会导致纳米材料低的稳定性。例如,纳米材料在使用的过程中很容易被氧化。事实上,纳米颗粒的稳定性和反应性构成了一对矛盾的统一体。尽管纳米颗粒的氧化会导致材料性能的衰减,但是氧化刻蚀却是以“Top-down”方式加工纳米材料的良好手段。近年来,俞书宏教授课题组围绕纳米材料的反应性和稳定性开展了较系统的研究。该课题组发展了宏量制备具有高反应活性的超细碲纳米线的技术,研究了其稳定性和化学反应性,以其为模板成功研制了一系列功能纳米线材料,例如三元或多元金属-硒-碲合金纳米线、铂、钯、金、碲化铋、碲化镉、碲化铅、碲化银、碳质纳米纤维及其复合物等,探索了此类材料在催化和能量转换等领域的应用(Science Advances 2015, 1, e1500714; Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1450–1461; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5890–5895; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7862–7868; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6396−6400; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 
11495−11500; Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 7472-7476; Angew. Chem., 
 Int. Ed. 2012, 51, 7420–7425; Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5101–5105; 
Adv. Mater. 2011, 23, 1467–1471; Adv. Mater. 2010, 22, 3925–3937; Adv. Mater. 2009, 21, 1850–1854)。 
 

 
  在该评述论文中,在基本概念部分,主要介绍了“悬键”和表面化学微环境这两个概念,并阐述了“悬键”和表面化学微环境与纳米材料稳定性和反应性之间的关联性;从四个方面具体讨论纳米颗粒的稳定性和反应性:分散稳定性、热稳定性、结构稳定性、化学稳定性与反应性;在有关纳米材料的实际应用方面,作者主要从纳米器件、生物医药和环境的角度讨论纳米材料在不同应用条件下的稳定性和反应性。最后,提出了有关纳米材料稳定性和反应性研究的建议,指出原位的定量表征将有利于更深入和清晰地理解纳米材料的变化过程,将有助于客观和定量地评估纳米材料的稳定性和反应性;在实际应用过程中,纳米材料的稳定性和反应性不仅与其自身密切相关,也强烈依赖其它影响因素,例如纳米材料整体的组织结构、用于分散和负载纳米材料的物质以及使用过程中的气氛、温度、湿度等。 
 
  上述研究得到国家自然科学基金委创新研究群体、科技部、中国科学院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、合肥大科学中心、中国科学院前沿科学重点研究项目的支持。 
 
文章链接: 
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.7b00208 

 

(合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院、科研部)


     
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