金属氧化物纳米材料的电化学合成与形貌调控研究进展

纳米材料的形貌调控与其性能关系研究随着纳米科技的快速发展，纳米材料越来越成为各个领域研究的热点之一。

纳米材料的独特性能对于提升现有技术和开发新技术有着巨大的潜力。

然而，由于纳米材料的尺寸效应和表面效应，其性能与其形貌之间存在着密切的关系。

因此，纳米材料的形貌调控对于实现其优良性能具有重要意义。

形貌调控是指通过合适的方法和手段改变纳米材料的形状和结构，从而对其性能进行调控的过程。

在过去的研究中，人们已经取得了一系列关于纳米材料形貌调控的重要进展。

针对不同材料的形貌调控研究主要包含两个层面：一是从宏观上改变纳米材料的整体形状，例如球形、棒状、片状等；二是在微观尺度上调控纳米材料的晶体结构和表面形貌。

在纳米材料的宏观形状调控方面，人们常用的方法包括模板法、界面共沉积法等。

这些方法能够通过调控外部条件，限制纳米材料的生长方向，从而实现对其形状的控制。

例如，使用正交胆碱为模板可以制备出球形纳米颗粒；利用硝基甲烷作为氧化剂可以合成出管状纳米线。

通过不同组合和改变外部条件的方式，研究人员已经成功获得了各种形态的纳米材料。

这些不同形状的纳米材料在光学、电学、磁学等方面都呈现出独特的性能，拓宽了纳米材料应用的范围。

而在纳米材料的微观结构和表面形貌调控方面，研究人员主要采用了溶液法、气相法和高压合成法等。

这些方法可以通过调控原料成分、反应时间和反应条件等参数，实现对纳米材料晶体结构和表面形貌的调控。

例如，通过控制锌离子、镁离子和氢氧根离子等的浓度和反应温度，可以调控氧化锌纳米颗粒的晶相和形貌。

此外，通过在生长过程中加入选择性添加剂，可以实现对氧化铜纳米线的形貌调控，例如变化其大小、密度和形状。

这些微观结构和表面形貌的调控对纳米材料的光学、电学、催化等性能有着重要影响，对于实现其优良性能具有重要意义。

纳米材料的形貌调控不仅对于基础研究有着重要作用，也对于应用开发具有重要意义。

不同形貌的纳米材料具有不同的性能和应用潜力。

《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言近年来，贵金属/MXene纳米复合材料由于其优异的电、磁、光等性能，在能源储存、催化、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研制贵金属/MXene纳米复合材料，并对其性能进行深入研究。

二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属（如金、银、铂等）具有优异的导电性、催化性能和生物相容性，而MXene作为一种新型二维材料，具有高导电性、高强度和高化学稳定性等特点。

因此，选择贵金属和MXene作为复合材料的组成成分。

制备过程中，首先合成MXene纳米片，然后通过化学还原法或光还原法将贵金属纳米粒子负载在MXene纳米片上，形成贵金属/MXene纳米复合材料。

2. 制备工艺优化为提高贵金属/MXene纳米复合材料的性能，对制备工艺进行优化。

通过调整贵金属前驱体的浓度、反应温度、反应时间等参数，以及采用表面活性剂、还原剂等辅助手段，实现对贵金属纳米粒子的尺寸、形貌和分布的控制。

三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电学性能。

通过测量复合材料的电导率、电阻率等参数，发现其电学性能随贵金属含量的增加而提高。

此外，MXene的高导电性和二维结构有利于提高电子传输速度和减少电子传输过程中的能量损失。

2. 催化性能贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域具有广泛应用。

通过测试复合材料对某些有机反应的催化活性，发现其催化性能优于单一贵金属或MXene。

这主要是由于贵金属和MXene之间的协同作用，以及纳米级粒子提供的大量活性位点。

3. 稳定性与生物相容性MXene的高化学稳定性和生物相容性使得贵金属/MXene纳米复合材料在生物医疗领域具有潜在应用价值。

通过测试复合材料在生理环境中的稳定性以及与生物体的相互作用，发现其具有良好的生物相容性和较低的生物毒性。

四、结论本文成功研制了贵金属/MXene纳米复合材料，并对其性能进行了深入研究。

ZnO纳米材料的合成与应用研究概述：ZnO纳米材料作为一种具有广泛应用前景的半导体材料，其合成与应用研究一直备受关注。

本文旨在探讨ZnO纳米材料的合成方法以及其在各个领域的应用，从而深入了解其在科学研究和工业应用中的潜力。

一、ZnO纳米材料的合成方法1. 水热法合成水热法是一种常用的制备ZnO纳米材料的方法。

它通过调节反应条件和反应时间，可以获得具有不同形貌和尺寸的ZnO纳米颗粒。

水热法合成ZnO纳米材料具有简单、低成本、可扩展性强等优点，因此受到了广泛关注。

2. 溶胶-凝胶法合成溶胶-凝胶法是一种通过溶胶中的化学反应和胶体形成过程制备纳米材料的方法。

在ZnO纳米材料的合成中，可以通过溶胶-凝胶法控制反应条件，如温度、浓度和PH值等，以实现获得具有不同形貌和尺寸的纳米颗粒。

3. 气相法合成气相法是制备ZnO纳米材料的一种常用方法。

它通过将金属有机化合物或金属化合物加热到高温，然后通过氧化反应生成ZnO纳米颗粒。

气相法合成的ZnO纳米材料具有高纯度、高晶度和尺寸可控性好等特点。

二、ZnO纳米材料在光电子领域的应用1. 光催化应用ZnO纳米材料具有优异的光催化性能，可以利用其吸收紫外光的特性来分解有害有机物和杀灭细菌。

因此，ZnO纳米材料被广泛应用于光催化净化空气、水处理和消毒等领域。

2. 光电器件应用由于ZnO纳米材料的特殊电学性质和优异的光电性能，它在光电器件领域具有广泛应用潜力。

例如，ZnO纳米材料可以用于制备光电传感器、光电调制器、太阳能电池等。

三、ZnO纳米材料在生物医学领域的应用1. 抗菌材料ZnO纳米材料具有较高的抗菌性能，可以通过抑制细菌的生长来达到消毒和杀菌的目的。

因此，在生物医学领域，ZnO纳米材料被广泛应用于医疗设备、外科用品和医疗纺织品等。

2. 肿瘤治疗由于ZnO纳米材料的优异光学性质，在肿瘤治疗中可以利用其光热效应。

将ZnO纳米材料注入肿瘤组织，并利用红外激光的吸收来使其产生局部高温，从而实现对肿瘤的治疗。

电化学制备纳米结构金属材料及其应用研究导言纳米材料作为当今科学技术领域的热点研究对象，已经在各个领域展现出强大的应用潜力和广阔的发展空间。

而电化学制备纳米结构金属材料作为一种重要的制备方法，在纳米材料的制备和应用研究中占据着重要地位。

本文将从电化学制备纳米结构金属材料的原理和方法入手，进一步探讨其在能源储存、催化剂和生物传感等领域的应用研究。

电化学制备纳米结构金属材料的原理与方法电化学制备纳米结构金属材料是通过控制电极表面电位和电极反应速率，使金属离子在电解溶液中还原成纳米颗粒并沉积在电极表面的过程。

其原理主要基于电极反应、溶液中金属离子的还原和晶体生长过程。

一种常用的电化学制备纳米结构金属材料的方法是通过调节电解液中的配体浓度、电极电位和电解时间等参数来控制沉积的纳米金属颗粒的尺寸、形貌和分散度。

此外，还可以利用外加磁场、超声波或高温等外界因素来进一步控制纳米颗粒的形貌和结构。

应用研究：能源储存纳米结构金属材料在能源储存领域具有重要的应用价值。

以锂离子电池为例，采用电化学制备纳米结构金属材料可以显著提高材料的锂离子嵌入/脱嵌能力和循环稳定性。

通过制备纳米颗粒，可以增加金属表面积和缩短电子和离子的传输距离，提高材料的充放电速率和循环寿命。

此外，在超级电容器、燃料电池和柔性储能器件等能源储存领域，纳米结构金属材料也展现出良好的应用前景。

通过精确控制纳米颗粒的形貌和尺寸，可以实现更高的比表面积和更好的电荷传输效率，从而提高能源储存设备的性能和能量密度。

应用研究：催化剂纳米结构金属材料还可以作为催化剂在化学反应中发挥重要作用。

由于其高比表面积、丰富的表面活性位点和可调控的物理化学性质，纳米结构金属催化剂展现出出色的催化活性和选择性。

例如，在催化氧化还原反应中，纳米结构金属材料可以作为电催化剂用于氧还原反应、氢氧化反应和氢化反应等，具有高催化活性和较低的活化能。

此外，纳米结构金属催化剂还可以应用于有机合成反应、环境净化和废物处理等领域，提高反应效率和产物选择性。

金纳米颗粒的制备及形貌控制的开题报告
摘要：
金纳米颗粒是一种应用广泛的纳米材料，其制备方法和形貌控制在纳米科技中具有重要意义。

本文主要探讨了金纳米颗粒的制备方法、形貌控制以及其在生物医学、光学和电子学等领域中的应用。

关键词：
金纳米颗粒，制备，形貌控制
一、研究背景
金纳米颗粒是一种具有独特物理和化学性质的纳米材料，在许多领域具有广泛的应用前景。

金纳米颗粒的制备方法和形貌控制对其性质及应用具有很大的影响，因此被广泛研究。

二、制备方法
金纳米颗粒的制备方法主要包括化学还原法、电化学法、激光还原法等。

其中，化学还原法最为常用，其原理为在还原剂的作用下使金离子还原成金纳米颗粒。

化学还原法可以控制金纳米颗粒的尺寸、形状等性质，并且具有操作简单、灵活性强的优点。

三、形貌控制
金纳米颗粒的形貌对其性质和应用具有很大的影响。

在制备金纳米颗粒的过程中，引入不同的还原剂、表面修饰剂和模板等可以控制其形貌。

例如，添加有机酸可以制备出星形金纳米颗粒，而添加某些表面活性剂可以制备出长方形、六边形等形状的金纳米颗粒。

四、应用领域
金纳米颗粒具有在生物医学、光学、电子学等领域中的广泛应用。

在生物医学中，金纳米颗粒可以作为生物传感器、药物载体、生物成像
等方面的应用；在光学中，金纳米颗粒可以用于太阳能电池、增强拉曼光谱等；在电子学中，金纳米颗粒可以作为存储介质、传感器等应用。

五、结论与展望
金纳米颗粒的制备方法和形貌控制在纳米科技中具有重要意义，其应用前景广阔。

未来的研究方向应当致力于探索更加高效、环保的制备方法，并探索金纳米颗粒在更多领域的应用。

纳米二氧化锰形貌调控的研究进展纳米MnO2作为新型功能性材料一直备受研究者的关注。

但纯组分的MnO2与贵金属氧化物相比，在性能表达上具有一定的差距。

已有研究表明，除了晶型和尺寸能影响纳米MnO2的性能外，形貌的变化也会改变材料的物理化学特性，影响材料的电容性和吸附性等。

因此研究调控形貌手段对于提高纳米MnO2的商品价值和扩大应用领域有着重要意义。

1 反应条件的改变对MnO2形貌的影响制备纳米二氧化锰的方法有很多种，其中水热法与传统方法相比，它合成纳米粉体纯度高，粒径小，粒度分布窄，团聚程度轻，晶粒发育好，避免了因高温锻烧和球磨等后续处理引起的杂质和结构缺陷。

在此方法下通过控制时间、温度、反应物的浓度和调节pH制备出了各种形貌的MnO2材料[4-5]。

周敏以高锰酸钾为锰源，通过水热方法，合成空心海胆状结构的a-MnO2纳米材料。

通过调节水热温度和改变溶液中H+的浓度，可以得到圆柱杆型纳米海胆、四方管型纳米海胆和四方杆型纳米海胆状的三维空心纳米海胆结构。

2 金属元素的掺杂对MnO2形貌的影响掺杂是修饰材料性质常用的方法之一，通过不同的掺杂方式向主体材料中导入离子或原子。

掺杂方法常见的为物理掺杂和化学掺杂，物理掺杂就是采用例如搅拌、超声波等机械的方式在制得的MnO2过程中加入金属盐溶液，使金属离子附着在MnO2中。

化学掺杂法就是在制备MnO2的化学反应过程中通过离子交换或共沉淀的方式将金属盐溶液或者金属氧化物，掺杂进MnO2的结构中。

Marijan Gotic等用KMnO4前驱体水热合成了α-MnO2纳米管和纳米棒，然后加入了二价金属阳离子Mn2+，Cu2+，Ni2+和Fe2+进行了改性。

Mn2+的改性诱导了α-MnO2纳米管转化为3D β-MnO2棱柱纳米颗粒，而结晶度低的α-MnO2纳米棒转化为圆盘状γ-MnO2纳米颗粒。

用Cu2+和Ni2+进行的改性引起了α-MnO2结构转变为MnO2多晶型物的混合物。

水热法合成微纳米氧化铜的结构及形貌研究康浩【摘要】笔者通过水热法制备微纳米氧化铜,采用XRD、SEM、TEM进行表征.研究结果表明:所制备的氧化铜纯度较高,不同途径制备出的氧化铜产物具有不相同的形貌.笔者对各种形貌氧化铜微粒产生机理进行了研究,并提出了可能的反应机理和晶体生长机理.以CuSO4·5H2O、尿素为主要原料,另加PVP、H2O2辅助反应,通过温和的水热法合成了棱柱状的Cu2(OH)2CO3,通过煅烧制得棱柱状CuO.以Cu(Ac)2·H2O、水为主要原料、SDBS作为表面活性剂,通过水热法制备出了棒状氧化铜纳米结构.以Cu(NO3)2·3H2O为主要原料、PVP作为表面活性剂,通过溶剂热法制备了花状氧化铜微纳米结构.以Cu(NO3)2·3H2O、水为主要原料、SDBS 作为表面活性剂,通过水热法制备了自组装的氧化铜球形结构.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】9页(P35-43)【关键词】反应机理;晶体生长;形貌表征【作者】康浩【作者单位】荔浦师范学校广西桂林546600【正文语种】中文【中图分类】TQ174前言笔者旨在制备氧化铜纳米材料，这是因为它有着广泛的用途。

首先，氧化铜纳米材料应用于催化剂。

纳米氧化铜对CO、乙醇等的完全氧化都具有较高的催化活性，对高氯酸铵的分解也具有很好的催化作用[1～3]。

在所使用氧化铜纳米材料作为高氯酸铵催化剂时，可以降低催化分解温度、加快分解速率，但对转化率没有太大的影响[4～6]。

其次，氧化铜纳米微粒对光、温度、湿度等具有很高的灵敏性，将氧化铜纳米材料制成薄膜包覆在传感器的表面，从而可以提高传感器的灵敏性和选择性[7～8]。

再次，氧化铜纳米材料应用于太阳能电池材料。

这是由它的光导性和光化学性所决定的。

纳米氧化铜做电极材料时可以显著改善普通电极材料使用时所带来的不足，包括电池材料的光电转换率、对环境的危害性以及材料性能的稳定性[9]。

材料形貌调控对电化学性能的影响研究近年来，电化学能源储存和转换技术已经成为能源领域的热门研究方向。

在这个领域中，材料形貌调控被广泛应用于提高电化学性能，例如电池的容量、循环寿命和功率密度等方面。

本文将探讨材料形貌调控对电化学性能的影响，并探讨其中的机制和应用。

从宏观角度看，材料形貌调控主要包括形状、尺寸和结构的调节。

首先，形状调控对电化学性能的影响是显著的。

研究显示，与传统的球形材料相比，具有更大比表面积的纳米棒或纳米片形貌的材料能够提供更多的活性表面，从而提高电荷传递效率。

此外，通过调控形状，如纳米球的空位导致的晶格畸变也可以改变材料的电化学活性。

其次，尺寸调控也是一种有效的手段。

纳米材料由于其尺寸效应，表现出了与宏观材料不同的物理和化学性质。

当尺寸减小到纳米尺度时，表面积/体积比增大，这有助于增加电荷传递界面，提高电化学反应速率。

此外，纳米尺寸还可以调控材料的电子结构和禁带宽度等性质，从而影响电化学反应的热力学和动力学过程。

最后，材料结构的调控也可以改善电化学性能。

结构调控可以通过合金化、掺杂或表面修饰等方式实现。

以合金化为例，通过调控合金相的比例和结晶度，可以改变材料的导电性和电化学活性。

另外，掺杂和表面修饰可以引入额外的功能性官能团，以提高电化学反应的选择性和活性。

以上是材料形貌调控对电化学性能的一般影响，下面将分别从锂离子电池和燃料电池的角度来探讨具体应用。

首先，对于锂离子电池而言，材料形貌调控对电化学性能具有重要影响。

以正极材料为例，通过调控材料的形貌，可以提高其锂离子的扩散速率，增加电极的容量，并改善其充放电循环性能。

一些研究报道通过纳米棒或纳米片形貌的合金氧化物正极材料，实现了优异的电化学性能，如长循环寿命、高比容量和高功率密度等。

对于燃料电池而言，材料形貌调控也能够显著影响其电化学性能。

以质子交换膜燃料电池为例，通过调控催化剂的形貌和尺寸，可以增加活性位点的暴露度和催化反应的速率，从而提高其催化活性和稳定性。

纳米颗粒材料的形貌调控与应用研究进展随着科技的不断发展，纳米颗粒材料在各个领域中的应用越来越广泛。

而纳米颗粒材料的形貌调控作为一个关键的研究领域，对其性能和应用具有重要意义。

本文将介绍纳米颗粒材料的形貌调控方法和其在不同领域中的应用研究进展。

一、纳米颗粒材料的形貌调控方法1. 模板法调控形貌模板法是一种常用的调控纳米颗粒材料形貌的方法。

该方法利用具有特殊形状的模板来控制纳米颗粒的生长方向和形态。

例如，通过使用纳米孔膜模板，可以制备出具有不同孔径和排列方式的纳米颗粒阵列。

这种方法可用于制备光学、电子、磁性等性能优异的纳米结构材料。

2. 溶液法调控形貌溶液法是制备纳米颗粒材料的常用方法之一。

通过调控反应溶液的成分、浓度、温度等条件，可以实现对纳米颗粒形貌的控制。

例如，通过调节镍盐和硼氢化钠的浓度，可以制备出具有不同形状的镍纳米颗粒，如球形、棒状、片状等。

该方法简单易行，适用于大规模生产。

3. 等离子体法调控形貌等离子体法是一种基于等离子体化学的方法，可以实现对纳米颗粒形貌和尺寸的调控。

通过将金属或其化合物的前体物质放置在等离子体条件下，可以在纳米尺度上控制生成的物质形貌和尺寸。

例如，利用等离子电解法可以制备出具有不同形状的金纳米颗粒，如球形、六棱柱状、星形等。

该方法具有高度可控性和可扩展性。

二、纳米颗粒材料的应用研究进展1. 生物医学应用纳米颗粒材料在生物医学领域中有着广泛的应用前景。

通过调控纳米颗粒的形貌和组成，可以实现对纳米药物载体、生物传感器、癌症治疗等的优化。

例如，通过将药物包裹在具有孔隙结构的纳米颗粒中，可以有效增加药物的负荷量，并提高药物的靶向性。

此外，纳米颗粒还可以用于生物成像和诊断，如纳米磁性颗粒在磁共振成像中的应用等。

2. 能源领域应用纳米颗粒材料在能源领域中也有着广泛的应用研究。

通过调控纳米颗粒的形貌和结构，可以实现对光催化、光电转换、电化学等能源转换和存储过程的优化。

例如，通过调节氧气浓度和温度，在纳米颗粒表面形成氧化铈壳层，可以提高光催化反应中氧化还原活性物种的生成和传输效率。

调控TiO2形貌方法研究进展I. 研究背景A. TiO2的概述B. TiO2形貌的影响和应用C. TiO2形貌调控的重要性和必要性II. 常用的TiO2形貌调控方法A. 水热法B. 氢热法C. 模板法D. 化学气相沉积法E. 原位生长法III. 新型TiO2形貌调控方法的研究进展A. 离子液体辅助法B. 绿色化学方法C. 生物模板法D. 二维层状材料模板法IV. TiO2形貌调控的影响因素A. 前驱体浓度B. pH值和表面电势C. 反应温度和时间D. 溶液中的剂量和种类E. 模板材料的物理和化学性质V. TiO2形貌调控方法的应用和展望A. 光催化材料B. 电池材料C. 催化剂D. 传感器E. 太阳能电池VI. 结论和展望A. TiO2形貌调控方法的优缺点B. TiO2形貌调控方法的未来研究方向C. TiO2形貌调控在材料科学中的意义I. 研究背景A. TiO2的概述二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用的重要氧化物材料，其具有良好的稳定性、光学性能、化学惰性、生物相容性等优良性能，因此在许多领域得到了广泛的应用。

其中，TiO2的形貌对其性能有着极大的影响，不同形貌的TiO2具有不同的光学、电学和表面化学反应性质，可用于制备催化剂、光催化剂、传感器等具有特殊功能的材料。

B. TiO2形貌的影响和应用TiO2形貌对其物理和化学性能有着重要的影响，例如对其比表面积、晶体缺陷、光吸收和光散射等性质的影响。

具体地说，不同形貌的TiO2催化剂可用于光催化剂、环保催化剂、生物传感器、太阳能电池等领域的材料制备，具有广泛的应用前景。

C. TiO2形貌调控的重要性和必要性TiO2的形貌调控是制备高性能TiO2材料的关键技术之一。

不同形貌的TiO2材料往往具有各自特定的性质和应用。

因此，通过控制TiO2的形貌来优化其性能已经成为了一个研究热点，有望应用于能源、环境、化工及生物医药等领域。

总之，TiO2的形貌调控是制备高性能TiO2材料的关键技术之一，具有广泛的应用前景。

基于形貌工程的纳米催化剂合成与性能优化纳米催化剂作为一种重要的功能材料，在催化反应中发挥着关键的作用。

然而，由于其特殊的结构和化学性质，纳米催化剂的合成和性能优化一直是科学家们的研究热点。

近年来，基于形貌工程的纳米催化剂合成与性能优化成为了一个备受关注的领域。

形貌工程是指通过控制纳米颗粒的形貌和结构来调控其性能。

在纳米催化剂的合成中，形貌工程可以通过不同的方法实现，如溶液法、气相法、模板法等。

这些方法可以控制纳米颗粒的大小、形状、表面结构和晶体结构等参数，从而调节纳米催化剂的催化性能。

以金属纳米颗粒为例，通过形貌工程可以调控其表面积、晶体结构和晶面导向等参数。

研究发现，纳米催化剂的表面积与其催化活性密切相关。

较大的表面积意味着更多的活性位点，从而提高了催化剂的活性。

此外，晶体结构和晶面导向也对催化剂的性能有重要影响。

通过合理地选择晶体结构和晶面导向，可以调节催化剂的表面反应活性和选择性。

除了金属纳米颗粒，其他纳米材料如金属氧化物、金属硫化物等也可以通过形貌工程来优化其催化性能。

例如，通过控制金属氧化物纳米颗粒的形貌和晶体结构，可以提高其催化剂的氧化性能和选择性。

类似地，通过形貌工程可以调控金属硫化物纳米颗粒的催化活性和稳定性，从而提高其催化剂的效果。

在纳米催化剂的性能优化中，形貌工程不仅仅是控制纳米颗粒的形状和结构，还包括对纳米颗粒的表面修饰和载体的选择。

表面修饰可以通过在纳米颗粒表面引入功能基团或修饰层来实现。

这些功能基团或修饰层可以调节纳米催化剂的表面性质，如酸碱性、电子结构和吸附性能等，从而影响催化剂的催化活性和选择性。

载体的选择也对纳米催化剂的性能有重要影响。

合适的载体可以提供良好的分散性和稳定性，从而提高纳米催化剂的催化效果。

形貌工程的纳米催化剂合成与性能优化不仅对催化领域具有重要意义，还对其他领域如能源转换、环境保护等具有广泛应用前景。

例如，在能源领域，形貌工程的纳米催化剂可以用于燃料电池、锂离子电池等电化学能源转换装置中，提高其能量转化效率和循环稳定性。

纳米电催化材料的研究进展纳米电催化材料是一种具有纳米尺度晶格结构并具有催化活性的材料。

由于其高比表面积和丰富的表面活性位点，纳米电催化材料在电催化领域具有广泛的应用潜力。

近年来，通过合成方法的不断改进和表征技术的提高，纳米电催化材料取得了重要的研究进展。

首先，合成方法方面的进展是纳米电催化材料取得重要突破的关键。

目前常用的合成方法包括溶液法、气相法、固相法等。

溶液法是最常用的合成方法之一，可以通过控制合成条件和添加特定的添加剂来调控纳米材料的形貌和结构。

气相法可以得到高纯度的纳米材料，但需要高温和高压条件下进行。

固相法通过调节反应温度和时间，可以得到具有良好晶体结构和形貌一致性的纳米催化材料。

其次，表征技术的发展为纳米电催化材料的研究提供了强有力的支持。

传统的表征方法如X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）可以研究纳米材料的晶体结构和形貌，但对于纳米尺度的材料则存在一定的限制。

近年来，透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等高分辨率表征技术的发展使得研究者可以直接观察到纳米材料的晶格结构和表面形貌，揭示了纳米材料的微观结构特征。

另外，纳米电催化材料的性能改进也是研究的重点之一、研究者通过合理设计材料结构和表面活性位点的调控，可以提高材料的催化活性和稳定性。

例如，通过合金化、掺杂和表面修饰等方法可以增强催化活性位点的吸附能力和催化活性。

此外，应用纳米材料在电催化领域的过程研究也取得了重要的进展，如电催化机制和催化反应动力学研究等。

最后，纳米电催化材料的应用拓展也值得关注。

纳米电催化材料在燃料电池、电解水制氢和电化学传感等重要领域具有广泛的应用前景。

研究者通过合成控制和性能改进，提高了材料的催化活性和稳定性，推动了相关应用的发展。

同时，纳米电催化材料在能源转化和环境保护方面具有重要的应用价值，未来的研究将更加关注其在能源转化和环境领域的应用。

综上所述，纳米电催化材料的研究取得了重要的进展，这些进展包括合成方法的优化、表征技术的改进、性能的提高以及应用的拓展。

金属材料中氧化物的形貌和结构研究金属材料是人工领域中使用最为广泛的一类材料，而其中的氧化物则是不可或缺的存在。

氧化物中，最为常见的要数氧化铁、氧化铜、氧化锌等，它们的存在对金属材料的性能有着重要的影响。

因此，对氧化物的形貌和结构的研究，对于金属材料的进一步优化和发展，有着重要的意义。

一、氧化物的形貌研究氧化物的形貌指的是氧化物颗粒的大小、形状、表面形态等因素。

氧化物的形貌在材料学研究中拥有着举足轻重的地位，因为氧化物的形貌的不同，会改变其表面的化学性质和物理性质，从而影响到金属材料的性能表现。

对于氧化物形貌的研究，主要从以下几个方面入手：1.1、制备氧化物的形貌制备主要有两种方法，一种是化学合成法，另一种是物理气相法。

化学合成法是将金属离子与氧离子在溶液中进行反应，最终形成颗粒状氧化物。

通过化学合成法制备氧化物时，可以调控反应条件，从而控制氧化物的颗粒大小和形状。

而物理气相法则是利用金属粉末在高温下直接氧化形成氧化物颗粒。

这种方法制备的氧化物颗粒的形状与温度、气压、氧气流量等参数有关，也可以通过控制参数来调控氧化物的形貌。

1.2、表征对于制备好的氧化物，必须进行表征，常用的方法有扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)等。

SEM和TEM是表征氧化物形貌的主要手段，通过放大电镜图片，可以清晰地看到氧化物颗粒的大小、形状和表面形态。

XRD则可以表征氧化物晶体结构，辅助表征形貌。

1.3、测量对于表征好的氧化物，可以通过测量其光学性质、磁学性质、电学性质等等，来了解氧化物在材料性能中的作用。

例如对于氧化铁的形貌研究，可以通过UV-Vis或者X-光吸收光谱测定样品中铁离子的氧化还原状态，从而了解氧化铁在光电领域中的应用。

二、氧化物的结构研究氧化物的结构是其形貌的重要体现，同时也是影响氧化物性质的关键因素。

氧化物的结构研究，常常是通过分子动力学模拟(MD)、密度泛函理论(DFT)等计算方法，来模拟氧化物结构的演化和变化的过程。

纳米材料的形貌调控与可控合成纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的材料，由于其特殊的尺度效应和表面效应，具有许多优异的物理、化学和生物性能。

纳米材料在能源储存、传感器、催化剂和生物医学等领域具有广阔的应用前景。

然而，纳米材料在合成过程中晶相和形貌的控制是一项具有挑战性的任务。

纳米材料的形貌是指其外观的特征，如纳米颗粒的形状、尺寸和结构等。

形貌对于纳米材料的性能和应用至关重要。

例如，金属纳米颗粒的形貌会影响其表面等离子共振特性，从而影响其光学性能。

同时，纳米材料的形貌还与其晶体结构和晶面排列密切相关。

因此，实现对纳米材料形貌的调控对于深入了解其性质和应用具有重要意义。

对于纳米材料形貌调控的研究，早期主要采用物理和化学方法进行。

物理方法包括模板法、溶剂热反应和机械法等，通过外力作用或模板介导来控制纳米颗粒的形貌。

化学方法则是通过调控反应条件、添加表面活性剂或引入控制剂等方式，实现对纳米材料形貌的控制。

这些方法虽然能够获得一定程度上的形貌调控，但通常存在着反应条件复杂、控制不准确和后处理困难等问题。

近年来，随着纳米科技和材料化学领域的进展，人们逐渐意识到通过纳米粒子的自组装来实现形貌调控的潜力。

自组装是指材料的分子或粒子通过相互作用力自发地组装成有序结构。

在纳米尺度下，通过调控粒子间的静电相互作用、范德华力和亲疏水性等，可以实现纳米颗粒的自组装，并从而实现对其形貌的可控合成。

这种自组装方法不仅能够简化合成步骤和条件，而且还能够实现高度一致和可重复性的形貌调控。

例如，通过控制纳米粒子表面的亲疏水性，可以实现纳米颗粒的自组装形成有序结构。

当表面修饰剂选择为亲水性时，纳米颗粒会自发地聚集在一起形成有序的纳米颗粒堆积体，例如纳米球簇。

而当选择为疏水性时，纳米颗粒则倾向于分散在溶液中形成胶束结构。

通过调节亲疏水性的比例和浓度，可以实现对纳米颗粒形貌的调控。

另外，还有一种常见的形貌调控方法是通过控制溶液中各成分的浓度和沉淀速率，实现纳米材料形貌的调控。

金属氧化物纳米晶体的表面结构控制及功能调控的研究进展谢兆雄;韩锡光;谢水奋;匡勤;蒋亚琪;王雪【摘要】Anisotropy is a basic property of crystals. Various facets or surfaces have different atomic structures and dangling bonds etc. ,which may result in different physical/chemical properties. Therefore,some physical/chemical properties of the crystals (especially for nano-crystals) can be tuned by controlling exposed crystal planes. Recently, controls of the surface structure of nanoparticles have been becoming a hot research topic in the field of chemistry and material science. In this article , we firstly make a brief overview of research achievements in the world in this field. Then, we focused on the recent research progress about the control of exposed nano-crystal facets with high surface energy of several functional metal oxides.%晶体具有各向异性,不同晶面上的原子排布、成键方式等都不尽相同,从而导致各种晶面的物理和化学性质的差异,因此通过控制裸露晶面就可以调控晶态材料(特别是微纳米晶态材料)的相关性质.近年来,关于微纳米晶体的表面结构控制的研究已成为纳米材料的一个研究热点.在文中,首先简要回顾国际上在该领域研究的情况,然后着重介绍了在部分金属氧化物微纳米晶体的表面结构控制方面的相关研究进展.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(050)002【总页数】6页(P305-310)【关键词】金属氧化物;晶体表面;高能面;荧光;气敏;光催化【作者】谢兆雄;韩锡光;谢水奋;匡勤;蒋亚琪;王雪【作者单位】厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005;厦门大学,化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建,厦门,361005【正文语种】中文【中图分类】O793表面是各类固体材料特殊的和关键的组成部分,众多化学和物理过程都发生在表面上.因此,表面与界面的结构直接决定了材料的某些化学和物理性质.例如,在700 K 和2.026 MPa的条件下,铁(111)表面对合成氨反应的催化活性非常高,而(110)表面催化活性则较低[1];铂催化剂不同的裸露晶面对正己烷的催化也完全不一样,(111)晶面引起芳香化,(100)晶面引起异构化等[1].此外,材料表面往往分布着相对较多的缺陷,而且不同结构表面的缺陷类型也不一样,由此导致材料的光、电、磁等物理特性的差异.表面科学的研究可以追溯到18世纪中期,但真正成为专门的研究领域始于20世纪20年代.20世纪70年代起,基于现代表面分析手段(如各种能谱、L EED、各种表面光谱以及扫描隧道显微镜等手段)的发展,表面科学的研究达到了一个高潮.在过去的几十年里,表面科学家借助于多种现代表面分析手段和理论模拟计算,对单晶体特定结构晶面的物理化学行为进行了深入和系统的研究,并在表面和界面的物理化学行为和性质等方面取得了许多引人瞩目的成果.然而,这些在单晶面上取得的理论与实验研究离实际应用(如工业催化中的应用)还存在着较大的距离.这主要因为过去表面科学的主要研究对象是结构确定的大块的单晶体(其尺寸通常在毫米级以上),但它们很难直接应用到实用体系中;而催化剂等实用体系又多是表面结构不确定的纳米晶体颗粒.此外,理论计算以及许多超高真空环境中的研究往往是建立在理想体系(如清洁的晶面与真空环境)基础之上,而实际上晶体的表面结构与环境氛围要比理论情况复杂得多.因此,我们必须在表面科学基础研究和实际应用之间建立起一座桥梁.这个桥梁的基础就是对纳米晶体的表面/界面结构进行控制,将晶体的表面结构与其物理化学性能调控的研究从纯基础研究推进到实用化的研究.对于纳米晶体,特定结构表面的控制无法用传统的晶体切割等方法来实现,只能在晶体的生长过程中控制.但是,化学性质活泼、表面能高的晶面的生长速度较快,在晶体生长过程中往往快速地消失,晶体最后的裸露晶面一般为化学惰性、表面能较低的晶面.因此,如何控制纳米晶体特定结构表面(特别是高指数晶面、高活性表面)裸露是一个挑战性极高的研究课题.近年来,在功能纳米晶体尺寸和形貌的控制方面研究很多,但在纳米晶体高表面能晶面控制方面的研究成果还不多,原因可能是这一领域的研究难度较大.尽管如此,国内外在高活性特定表面结构纳米晶体控制生长研究方面也已经取得了较大进展[2-14].2007年厦门大学化学化工学院孙世刚教授课题组在该领域取得重要突破,采用电化学方波电位法制备出了高指数(hk0)晶面裸露的铂纳米颗粒,并展示了该纳米颗粒优异的电催化性能[2];之后,该课题组采用电化学方法实现了钯、铁等一系列高表面能裸露晶面的控制[3-4].虽然采用电化学方法可以成功制备高表面能的金属纳米颗粒,但是采用普通化学法却一直未能制备出高表面能金属晶体材料.直到2008年,本课题组和孙世刚教授课题组在化学法制备高表面能的金属纳米颗粒又取得了突破,成功地采用化学方法首次制备出了高指数(hhl)晶面裸露金纳米颗粒[5-6];之后,国际上多个研究小组也相继制备出了不同高指数晶面裸露金纳米颗粒[7-8].在金属氧化物微纳米晶体材料的高表面能晶面控制方面,国内外研究小组也取得了重大的进展.2005年,本课题组合成出全极性面裸露的ZnO纳米晶体[9];2008年澳大利亚G.Q.Lu课题组结合理论计算,制备出了高表面能(001)晶面裸露(占总表面47%)的锐钛矿型TiO2[10];随后,在2008年底本课题组成功制备出(001)晶面裸露比例高达89%的锐钛矿型TiO2纳米片,并证实了该TiO2纳米片具有优异的光催化性能[11].此外,大连化学物理研究所申文杰课题组于2009年成功地合成出具有41%{110}高能面裸露的Co3O4纳米棒[12],这种纳米棒在很低的温度下就对CO表现出非常高的催化活性.总体而言,功能纳米晶体高表面能晶面暴露的控制研究已经引起国内外学者的高度重视,相关研究成果层出不穷.在本文中,则重点介绍本课题组在金属氧化物的晶面控制以及性能调控方面的部分研究进展. ZnO具有两种晶体结构:纤锌矿型和闪锌矿型,在通常情况下是以稳定的纤锌矿型晶体结构存在.纤锌矿型ZnO属于六方晶系,阴离子作六方最密堆积,锌离子填入一半的四面体空隙,锌离子和氧离子沿c轴方向交替堆积,这种结构导致{001}面为极性晶面、具有高的表面能.因此,纤锌矿的ZnO一般沿[001]方向生长速度最快,最容易长成以非极性面{100}面裸露的六方柱形貌[15].对于纤锌矿的ZnO而言,除了{001}晶面为极性晶面外,{101}晶面也是极性晶面,这两组极性面的夹角为62°,由6个{101}侧面和1个{001}底面构成一个六方锥的形貌(图1(a)).从热力学角度考虑,由于极性面具有快的生长速度以及高的表面能,所以很难合成出完全有极性面裸露的纳米材料.但是在晶体生长的环境中如果引入高浓度的无机或有机离子,使其与一些极性面产生强的静电相互作用,就可以使极性面的表面能降低,从而可能得以裸露.基于上边的理论分析,本课题组选择了熔盐(如Li-NO3)作为生长ZnO纳米晶体的生长环境[16],成功地制备出了六方锥型的ZnO纳米晶体.该六方锥纳米晶体的底面为极性的(001)面、侧面为极性的{101}晶面,与预测的结构完全一致(图1(b),(c)).当没有熔盐加入时,产物大多是棒状的结构(图1(d)).上述的实验结果验证了熔盐的引入降低了极性面的表面能,从而使极性面得以裸露.除了熔盐的体系以外,油酸和油胺混合溶剂同样可以提供一个类离子液体的环境来稳定ZnO的极性面[9].以油酸和正辛胺混合溶剂为生长环境,以醋酸锌作为锌源在286℃的温度下同样生长得到了以极性面{101}和{001}面构成了一个六方锥的形貌.不同的晶面由于表面原子排布以及悬挂键等的不同必然导致其物理和化学性质的变化,本文通过列举两个例子来说明这一性质.纤锌矿的ZnO在380 nm左右有一个紫外发射峰,这一发射峰归结为ZnO的本征发射峰,除了其本征发射峰之外,经常在绿光区域可以看到另一发射峰,这一发射峰一般归结为其缺陷引起,例如氧缺陷、锌空位等引起[17-20].本课题组通过阴极荧光的方法,对不同的晶面所产生的荧光进行分析[21].研究结果表明不同的晶面所表现出阴极荧光的相对强度是完全不一样的.对于非极性{100}面,主要是以378 nm的紫外发射为主,495 nm绿光发射非常弱;而对于极性面{101}面和{001}面,绿光发射要强得多,其中{101}晶面的绿光发射占优.从不同晶面的原子排布进行分析可以得知,非极性{100}面表面是电中性的且表面缺陷很少,所以{100}面绿光发射非常弱.对于(001)面,未重构的表面每个原子平均有2/3个净电荷,这一结构将导致表面出现氧缺陷,从而导致了绿光发射.未重构{101}面每个原子平均表面净电荷达5/6,导致表面有更多的缺陷,因而{101}面绿光发射最强. 除了荧光以外,材料的许多性质和表面结构有关,例如气敏和光催化.对不同晶面裸露的ZnO纳米材料进行的气敏和光催化性能测试[22]结果表明:ZnO的(001)面气敏和光催化性能最高,{100}面次之,而{101}面的性能最差.TiO2是一种非常重要的半导体材料,在光催化、太阳能电池、气敏等方面都有非常重要的应用.锐钛矿的TiO2的单胞是由TiO6构成的扭曲八面体共用4条棱边形成的链状结构.理论计算表明锐钛矿的{101}面是热力学最稳定的面,其次是{100}和{110}面,而{001}面的表面能最高.锐钛矿的TiO2热力学稳定的形貌是由8个{101}侧面和2个{001}上下底面构成的消角四方双锥,其{101}面占整个总面积的94%以上[23].由于{101}面为热力学最稳定的晶面,其化学活性相对较低,因此,如果能够降低{101}面裸露的比例,就有可能提高TiO2某些相关性能.2008年,澳大利亚G.Q.Lu 课题组根据第一性原理计算得出通过F-吸附可以明显的降低(001)面的表面能,使其降至{101}面的表面能以下[10].这一理论结果表明:通过F-的吸附可能使锐钛矿的(001)面裸露出来.基于以上的分析,本课题组以HF溶液和钛酸四丁酯作为反应物,成功地制备出高能面(001)晶面裸露的TiO2纳米片[11], (001)面所占的比例达到89%(图2(a)).由于(001)面具有高的表面能和化学活性,所以期望它能在光催化降解有机染料等方面呈现出优秀的性能.本课题组以甲基橙作为探针分子对所合成的TiO2纳米片进行了检测,并与目前公认的最好的光催化剂德固赛P25 TiO2进行了对比.实验结果表明:所制备的(001)晶面裸露的TiO2纳米片的降解效率是一个不断加速的过程,最后趋于稳定,从第一次循环以后其光催效率高于德固赛P25的效率(图2(b)).(001)面裸露的TiO2纳米片具有高的催化活性的原因是:表面具有高的不饱和5配位的Ti 原子以及表面Ti—O—Ti键角较大[24].SnO2为一种n型的宽禁带半导体,对环境中的气体有非常强的敏感性,被认为是最好的气敏材料之一[25-27].在过去的几十年里,为了改善SnO2气敏材料的灵敏度以及选择性,科学家们应用了各种方法:如通过掺杂金属、与其他气敏材料进行复合[25-28]以及改变工作温度[29-30]等.原理上,半导体金属氧化物的气敏性就是被测定气体在半导体表面上的吸附反应导致其导电性的变化.所以半导体的气敏性质和半导体的表面有着非常重要的关系.从化学活性这方面考虑,高指数晶面具有高密度的原子台阶位移和悬挂键等,通常表现出高的化学活性.从气敏的原理可以推测,高化学活性的表面很可能具有高的气敏活性.对于金红石型SnO2晶体,各个晶面的表面能顺序为{110}＜{101}＜{100}＜{221}＜{001}[31].因此目前大部分合成的SnO2纳米颗粒大部分是以最稳定{110}面存在.考虑到SnO2两性的化学性质,本课题组通过盐酸来调节SnCl4的水解速度,在其临界条件下制备出具有高能{221}面裸露的八面体状的SnO2[32].八面体状的SnO2颗粒大小为200～300 nm.高分辨透射电镜清楚地看到了SnO2八面体晶粒表面为{111}和{110}面构成的台阶结构(图3(a),(b)).目前,有关SnO2的气敏性质的研究不少,但是不同的晶面对气敏材料性质的影响一直没有人研究,最可能的原因是人们很难制备出一些高能面裸露的SnO2.理论上,SnO2的气敏性质和表面结构等有密切相关的联系,因此研究晶面结构与气敏性质的关联具有重要的意义.为此,本课题组在制备出高能面{221}面裸露的SnO2纳米材料的基础上研究了其与气敏性质的关系.实验结果表明:具有高能面裸露的SnO2的纳米材料对醇类的气敏性明显地高于以低能{110}面裸露的SnO2颗粒(图3(c)).该工作发表后得到了德国气敏学专家Aleksander Gurlo的好评,他认为材料的表面结构也是影响其气敏性质的一个关键因素,但是一直被大家忽视,并认为本课题组通过控制晶体的晶面来实现气敏性质的提高是一个开创性的研究工作[33]. 控制具有特定晶面裸露的纳米材料除了可以通过“自下而上”晶体生长的方法外,还可以通过“自上而下”定向刻蚀的方法.由于晶体的各向异性,不同晶面的化学刻蚀速度往往不同.例如,在联胺的溶液中,Si (111)面的刻蚀速度要比其他晶面的刻蚀速度慢很多[34-35];在含有非离子的表面活性剂(例如:NC-200或Triton X-100)的四甲基氢氧化胺溶液中,Si{110}面的刻蚀速度要比Si{100}面的刻蚀速度慢[36-37].上述这些各向异性的刻蚀已经广泛地应用于半导体微加工工艺中.可以预测,化学定向刻蚀也完全可以“自上而下”地控制纳米晶体的表面结构.在纳米材料的制备过程中,化学定向刻蚀也时而被发现.例如,由于ZnO晶体的{001}极性面具有高的表面能以及高的反应活性,因而ZnO晶体很容易沿着[001]方向被刻蚀[38-41].在六亚甲基四胺,氨水等溶液中,ZnO纳米棒就很容易被刻蚀成纳米管.本课题组发现,在油酸和正辛胺的混合溶液中,通过控制油酸的量和合适的反应温度,可以把{100}面裸露的ZnO棒进行化学刻蚀成极性面(001)面和{101}面裸露的ZnO[42](图4).系统的实验表明:油酸在整个过程中起刻蚀作用,而正辛胺的存在可以调节其刻蚀速度以及刻蚀程度.通过对材料表面结构的调控来实现其与表面相关物理和化学性质的调控是一个非常重要的方向.由于高表面能晶面裸露的微纳米材料一般在催化、气敏等方面都具有高的活性,因此对合成具有高表面能晶面裸露的功能微纳米材料是改善材料性能的一个有效的途径.但是晶体在生长的过程中,高表面能晶面具有快的生长速率,所以难以裸露,因此这也是一项具有挑战的工作.厦门大学相关课题组通过化学方法并选择合适的反应参数成功地合成了一些具有高能面裸露的金属氧化物纳米材料,并成功地调控了相关功能纳米材料的光催化、气敏等性质.【相关文献】[1] Somorjai G A,Park J Y.The impact of surface science on the commercialization of chemical processes[J].Catalysis Letters,2007,115:87-98.[2] Tian N,Zhou Z Y,Sun S G,et al.Synthesis of tetrahexahedral platinum nanocrystals with high-index facets and high electro-oxidation activity[J].Science,2007,316:732.[3] Tian N,Zhou Z Y,Yu N F,et al.Direct electrodeposition of tetrahexahedral Pd nanocrystals with high-index facets and high catalytic activity for ethanol electrooxidation[J]. J Am Chem Soc,2010,132:7580-7581.[4] Chen Y X,Chen S P,Zhou Z Y,et al.Tuning the shape and catalytic activity of Fe nanocrystals from rhombic dodecahedra and tetragonal bipyramids to cubes by electrochemistry[J].J Am Chem Soc,2009,131:10860-10862.[5] Ma Y Y,Kuang Q,Jiang Z Y,et al.Synthesis of trisoctahedral gold nanocrystals with exposed high-index facets by a facile chemical method[J].Angew Chem Int Ed,2008,47:8901.[6] Liao H G,Jiang Y X,Zhou Z Y,et al.Shape-controlled synthesis of gold nanoparticles in deep eutectic solvents for studies of structure-functionality relationships in electrocatalysis[J].Angew Chem IntEd,2008,47:9100-9103.[7] Ming T,Feng W,Tang Q,et al.Growth of tetrahexahedral gold nanocrystals with high-index facets[J].J Am Chem Soc,2009,131:16350.[8] Li J,Wang L,Liu L,et al.Synthesis of tetrahexahedral Au nanocrystals with exposed high-index surfaces[J]. Chemical Communications,2010,46:5109.[9] Zhou X,Xie Z X,Jiang Z Y,et al.Formation of ZnO hexagonal micro-pyramids:a successful control of the exposed polar surfaces with the assistance of an ionic liquid[J]. Chemical communications,2005,44:5572.[10] Yang H G,Sun C H,Qiao S Z,et al.Anatase TiO2single crystals with a large percentage of reactive facets[J]. Nature,2008,453:638.[11] Han X G,Kuang Q,Jin M S,et al.Synthesis of titania nanosheets with a high percentage of exposed(001)facets and related photocatalytic properties[J].J Am ChemSoc,2009,131:3152.[12] Xie X,Li Y,Liu Z Q,et al.Low-temperature oxidation of CO catalysed byCo3O4nanorods[J].Nature,2009,458: 746.[13] Xia Y,Xiong Y,Lim B,et al.Shape-controlled synthesis of metal nanocrystals:simple chemistry meets complex physics?[J]Angew Chem Int Ed,2009,48:60-103.[14] Fan D,Thomas P J,O′Brien P.Pyramidal lead sulfide crystallites with highenergy{113}facets[J].J Am Chem Soc,2008,130:10892.[15] Wang Z L.Zinc oxide nanostructures:growth,properties and applications[J].Journal of Physics:Condensed Matter,2004,16:R829-R858.[16] Xu T,Zhou X,Jiang Z Y,et al.Syntheses of nano/submicrostructured metal oxides with all polar surfaces exposed via a molten salt route[J].Crystal Growth&Design,2009,9:192-196.[17] Sekiguchi T,Miyashita S,Obara K,et al.Hydrothermal growth of ZnO single crystals and their optical characterization[J].Journal of Crystal Growth,2000,214/215: 72-76.[18] Yang Q,Tang K,Zuo J,et al.Synthesis and luminescent property of single-crystal ZnO nanobelts by a simple low temperature evaporation route[J].Applied Physics A,2004,79:1847-1851.[19] Liu Xiang,Wu Xiaohua,Cao Hui,et al.Growth mechanism and properties of ZnO nanorods synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition[J].Journal of Applied Physics,2004,95(6):3141-3147.[20] Garces N Y,Wang L,Bai L,et al.Role of copper in the green luminescence from ZnO crystals[J].Applied Physics Letters,2002,81(4):622-624.[21] Zhou X,Kuang Q,Jiang Z Y,et al.The origin of green emission of ZnO microcrystallites:surface-dependent light emission studied by cathodoluminescence[J].The Journal of Physical Chemistry C,2007,111:12091-12093.[22] Han X G,He H Z,Kuang Q,et al.Controlling morphologies and tuning the relatedproperties of nano/microstructured ZnO crystallites[J].The Journal of Physical Chemistry C,2009,113:584-589.[23] Lazzeri M,Vittadini A,Selloni A.Structure and energetics of stoichiometric TiO2anatase surfaces[J].Physical Review B,2001,63:1-9.[24] Selloni A.Anatase shows its reactive side[J].Nature materials,2008,7:613-615.[25] Manjula P,Satyanarayana L,Swarnalatha Y,et al.Raman and MASNMR studies to support the mechanism of low temperature hydrogen sensing by Pd doped mesoporous SnO2[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2009,138: 28-34.[26] Korotcenkov G,Cho B K,Gulina L,et al.Ozone sensorsbased on SnO2films modified by SnO2-Au nanocomposites synthesized by the SILD method[J].Sensors and ActuatorsB:Chemical,2009,138:512-517.[27] Kumar V,Sen S,Muthe K P,et al.Copper doped SnO2nanowires as highly sensitive H2S gas sensor[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2009,138:587-590.[28] Chen Y J,Zhu C L,Wang L J,et al.Synthesis and enhanced ethanol sensing characteristics ofα-Fe2O3/SnO2core-shell nanorods[J].Nanotechnology,2009,20: 045502.[29] Malyshev V V,Pislyakov A V.Metal oxide semiconductors based on tin dioxide:gas-sensitivity to methane in a wide range of temperatures,concentrations and humidities of the gas phase[J].Journal of Analytical Chemistry,2009,64:90-100.[30] Huang J R,Li G Y,Huang Z Y,et al.Temperature modulation and artificial neural network evaluation for improving the CO selectivity of SnO2gas sensor[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2006,114:1059-1063.[31] Slater B,Catlow C R A,Gay D H,et al.Study of surface segregation of antimony on SnO2surfaces by computer simulation techniques[J].The Journal of Physical Chemistry B,1999,103:10644-10650.[32] Han X G,Jin M S,Xie S F,et al.Synthesis of tin dioxide nano-octahedral particles exposed with high-energy {221}facets and enhanced gas sensing properties[J]. Angew Chem Int Ed,2009,48:9180-9183.[33] Gurlo A.Nanosensors:does crystal shape matter?[J] Small,2010,6:2077-2079.[34] Koh M,Sawara S,Shinada T,et al.Simple nanostructuring on silicon surface by means of focused beam patterning and wet etching[J].Applied Surface Science,2000,162/163:599-603.[35] Sawara S.Simple fabrication of high density concave nanopyramid array(NPA)on Si surface[J].Applied Surface Science,2000,159/160:481-485.[36] Tang B,Pal P,Gosalvez M A,et al.Ellipsometry study of the adsorbed surfactant thickness on Si{110}and Si {100}and the effect of pre-adsorbed surfactant layer on etching characteristics in TMAH[J].Sensors and Actuators A:Physical,2009,156:334-341.[37] Pal P,Sato K,Gosalvez M A,et al.Study of rounded concave and sharp edge convexcorners undercutting in CMOS compatible anisotropic etchants[J].The Journal ofMicromechanics andMicroengineering,2007,17: 2299-2307.[38] Wang H Q,Li G H,Jia L C,et al.Generalin situchemical etching synthesis of ZnO nanotips array[J].Applied Physics Letters,2008,93:153110-1-153110-3.[39] Vayssieres L,Keis K,Hagfeldt A,et al.Three-dimensional array of highly oriented crystalline ZnO microtubes[J].Chemistry of Materials,2001,13:4395-4398.[40] Xu L,Liao Q,Zhang J,et al.Single-crystalline ZnO nanotube arrays on conductive glass substrates by selective disolution of electrodeposited ZnO nanorods[J].Journal of Physical Chemistry C,2007,111:4549-4552.[41] Elias J,Tena-Zaera R,Wang,G Y,et al.Conversion of ZnO nanowires into nanotubes with tailored dimensions [J].Chemistry of Materials,2008,20:6633-6637.[42] Han X G,Jiang Y Q,Xie S F,et al.Control of the surface of ZnO nanostructures by selective wet-chemical etching[J].The Journal of Physical Chemistry C,2010, 114:10114-10118.。

二氧化铈制备、表征及其电化学性能研究进展1 前言二氧化铈是一种重要的稀土氧化物功能材料，纳米CeO2保留了稀土元素具有独特的f层电子结构，晶型单一，具有高的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性，因此就产生了许多与传统材料不同的性质。

纳米CeO2有宽带强吸收能力，而对可见光却几乎不吸收，当其被掺杂到玻璃中，可使玻璃防紫外线，同时不影响玻璃本身的透光性[1,2]。

另一方面，CeO2还是很好的玻璃脱色剂，可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而达到脱黄绿色效果。

作为一种催化剂，二氧化铈的催化性能受其尺寸、形貌以及掺杂元素的影响，而其中掺杂元素对其尺寸、形貌也有影响[3]。

在汽车尾气净化的三效催化剂（三效催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(C n H m)和氮氧化物(NO x)）中，它是一种重要的组分。

由于纳米CeO2的比表面积大、化学活性高、热稳定性好、良好的储氧和释氧能力，可改变催化剂中活性组分在载体上的分散情况，明显提高其催化性能，并能提高载体的高温热稳定性、机械性能和抗高温氧化性能。

CeO2还在贵金属气氛中起稳定作用，提高CO、CH4及NO x的转化率，并使催化剂保持较好的抗毒性及较高的催化活性[4]。

CeO2还应用于许多领域，如抛光粉、荧光粉、储氢材料、热电材料、燃料电池原料(SOFCS电极)[5,6]、光催化剂[7]、防腐涂层、气体传感器[8,9]等方面。

因此，纳米化的CeO2将在高新技术领域发挥更大的潜力。

2 二氧化铈的研究进展对于环境和能源相关领域的应用来说，可控合成二氧化铈纳米结构材料是一个势在必行的问题。

由于颗粒尺寸的减小，纳米固体通常具有高密度表面。

因此，相对于普通材料来说，纳米结构二氧化铈吸引很多关注和研究，以提高其氧化还原性，输运性能和电化学性能。

在过去的十年中，有大量的关于纳米结构二氧化铈及其应用的文章发表。

特别地，Traversa和Esposito[10]研究了二氧化铈微结构在特殊离子器件中的运用，通过粉末尺寸、掺杂物含量和烧结温度/时间因素联合作用进行调节。

纳米ZnO及复合物的可控制备与光催化性能研究一、本文概述随着环境问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物降解手段，受到了广泛的关注和研究。

在众多光催化剂中，氧化锌（ZnO）因其独特的物理和化学性质，如宽禁带、高激子结合能以及优异的光电性能，被认为是一种理想的光催化材料。

然而，ZnO在实际应用中仍面临一些挑战，如光生电子-空穴对的快速复合、可见光利用率低等。

为了解决这些问题，研究者们尝试通过制备ZnO复合物、调控其形貌和结构等方式来提高其光催化性能。

本文旨在研究纳米ZnO及其复合物的可控制备方法，并探讨它们的光催化性能。

我们将介绍纳米ZnO及其复合物的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、微波辅助法等，并对比各种方法的优缺点。

然后，我们将重点讨论如何通过调控制备条件，如温度、浓度、时间等，来实现纳米ZnO及其复合物的形貌、结构和性能的调控。

接着，我们将对所制备的纳米ZnO及其复合物进行光催化性能评价，包括光催化降解有机物、光催化产氢等方面，并通过对比实验，探究不同制备方法和条件对光催化性能的影响。

我们将总结本文的主要研究成果，并提出未来可能的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为纳米ZnO及其复合物在光催化领域的应用提供理论基础和技术支持，同时也为其他光催化材料的研究和开发提供借鉴和参考。

二、文献综述纳米ZnO及其复合物作为一种重要的半导体材料，近年来在光催化领域受到了广泛关注。

其独特的物理和化学性质，如大的比表面积、高的光催化活性以及良好的稳定性，使得纳米ZnO在光催化降解有机物、光解水产氢、太阳能电池和气体传感器等领域具有广阔的应用前景。

早期的研究主要集中在纳米ZnO的合成方法上，如溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热法、气相法等。

随着纳米科技的不断发展，研究者们开始关注纳米ZnO的形貌控制，以期获得具有更高光催化活性的材料。

例如，通过调节反应条件，可以制备出不同形貌的纳米ZnO，如纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米花等。

金属氧化物半导体纳米气敏材料研究进展近年来，金属氧化物半导体纳米气敏材料的研究受到了广泛关注。

金属氧化物半导体具有许多优点，如良好的化学稳定性、可调控的电子结构和高表面积等，使其成为理想的气敏材料。

本文将综述金属氧化物半导体纳米气敏材料的研究进展。

首先，金属氧化物半导体纳米气敏材料的合成方法包括溶剂热法、水热法、燃烧法、热分解法等。

这些方法能够制备出具有不同形貌和尺寸的纳米材料。

此外，还可以通过控制合成条件来调控金属氧化物半导体纳米材料的晶相组成和结构性能。

其次，金属氧化物半导体纳米气敏材料的气敏性能的研究也取得了显著进展。

金属氧化物半导体纳米材料对不同气体的敏感性和选择性都具有很高的潜力。

例如，二氧化钛纳米材料在氧化杂环境下对一氧化碳等还原性气体具有高灵敏度。

氧化锌纳米材料在硫化氢等硫化气体环境下表现出很好的选择性和稳定性。

此外，利用复合材料的特性可以进一步提高金属氧化物半导体纳米气敏材料的灵敏度和选择性。

第三，金属氧化物半导体纳米气敏材料的机理研究也是研究的重点之一、目前，主要的机理包括电子传导机制、表面离子化机制、化学吸附机制等。

通过研究这些机理，可以深入了解金属氧化物半导体纳米材料的气敏性能，并进一步优化材料的性能。

此外，金属氧化物半导体纳米气敏材料在传感领域的应用也得到了广泛关注。

这些材料可以应用于环境监测、食品安全、医疗诊断等领域。

此外，金属氧化物半导体纳米材料还可以与其他功能材料结合，构建复合材料，以实现更高的灵敏度和选择性。

综上所述，金属氧化物半导体纳米气敏材料作为一种新型的气敏材料，具有很高的应用前景。

未来的研究可以进一步深入研究金属氧化物半导体纳米材料的合成方法、气敏性能和机理，以及其在传感领域的应用。

通过不断地改进和优化，金属氧化物半导体纳米气敏材料有望在环境保护和生命科学领域发挥重要作用。

电化学方法在纳米材料制备中的应用纳米材料是指晶粒尺寸小于100纳米的材料，具有优异的物理、化学和生物学性质。

纳米材料的制备方法多种多样，其中电化学方法以其简单、可控和环境友好的特点，在纳米材料制备领域得到了广泛的应用。

本文将介绍电化学方法在纳米材料制备中的应用，并探讨其优势和局限性。

1. 电沉积法电沉积法是一种通过电流控制在电极表面沉积物质的方法，可用于制备各种纳米材料。

通过调节电解液的成分、浓度和电流密度等参数，可以精确地控制纳米材料的尺寸、形貌和结构。

例如，使用硝酸铜溶液和铜丝作为阳极和阴极，可以通过电沉积方法制备出纳米铜颗粒。

此外，电沉积法还可以用于制备金属合金和复合材料的纳米颗粒。

2. 电化学溶液法电化学溶液法是利用电化学反应在溶液中合成纳米材料的方法。

通过在适当的溶液中施加电势，引发离子溶解、沉积和聚集等反应过程，从而形成纳米颗粒。

例如，电化学氧化法可以通过在氧化性溶液中加入还原剂来制备金属氧化物纳米颗粒。

此外，电化学溶液法还可以用于制备具有特殊性能的纳米材料，如催化剂、传感器和电池材料等。

3. 电化学气相沉积法电化学气相沉积法是一种将气体分子电解析解离，然后通过电化学反应在电极表面沉积形成纳米材料的方法。

通过控制气体分子的电解过程和反应条件，可以制备出具有高纯度和良好结构的纳米薄膜和纳米线。

例如，利用电化学气相沉积法可以制备出高质量的碳纳米管和氧化锌纳米线。

4. 电化学剥离法电化学剥离法是一种通过电化学腐蚀和剥离的过程将材料从基底中分离出来的方法。

这种方法在制备二维纳米材料中应用广泛，如石墨烯和二维过渡金属硫化物。

通过选择适当的腐蚀剂和调节电化学条件，可以实现对二维材料的高效剥离和大面积制备。

电化学方法在纳米材料制备中具有以下优势：首先，电化学方法可控性好，通过调节电流、电压和反应条件等参数，可以精确地控制纳米材料的尺寸和形貌，实现定制化制备。

其次，电化学方法操作简单，设备成本低廉，不需要复杂的工艺条件，适合大规模制备。

基于材料形貌调控的电化学行为研究近年来，随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，寻找新型高效能源材料成为了科学界的研究热点。

其中，电化学能源材料因其独特的能量转换方式和可持续的性质备受关注。

而材料形貌对电化学行为的调控成为了提高电化学性能的重要策略。

在传统的电化学材料中，形貌调控主要通过合成方法和后续的物理或化学处理来实现。

通过调控材料的结构形貌，可以改变其比表面积、孔隙性质、表面活性位点等，从而调控电化学反应过程中的负载扩散、反应速率、电极活性等关键因素。

一种常用的形貌调控方法是通过合成方法来实现。

例如，金属氧化物纳米材料的形貌调控往往使用模板法、溶剂热等制备方法。

通过选择不同的模板或溶剂，可以控制纳米材料的形状、尺寸和晶相等结构参数。

这样的调控手段不仅可以提高材料的比表面积，增加活性位点，还可以调控材料的粒度和孔隙结构，从而优化材料的电化学性能。

另一种常见的形貌调控方法是通过后续的物理或化学处理来实现。

例如，通过改变材料的形貌，可以调控其表面氧化还原性质，从而改善电化学性能。

利用溶液中的化学物质或辅助电场等因素，可以在材料表面形成氧化还原反应，形成一种保护膜，从而提高材料的稳定性和电子传导性能。

这种后续处理方法通常需要特定的实验条件和操作技巧，并且对材料的选择和处理过程都有一定的要求。

材料形貌调控对电化学性能的影响是多方面的。

首先，形貌调控可以有效提高材料的比表面积。

较大的比表面积将增加电化学反应的活性位点，提高与电解质的接触面积，从而增加反应速率和电极活性。

其次，形貌调控还可以优化材料的孔隙结构和电子传导路径。

良好的孔隙结构有助于电解质的渗透和离子扩散，提高电荷传输速率。

另外，通过形貌调控可以改变材料的晶格结构和晶面朝向，从而影响材料的表面氧化还原性质和电子结构，进一步调控电化学反应的动力学和热力学过程。

在实际应用中，将形貌调控应用到电化学能源材料的制备中，已经取得了一定的成果。

例如，在锂离子电池领域，通过形貌调控可以提高电极材料的循环稳定性和倍率性能。