纳米材料前沿–纳米材料液相合成

本书主要介绍无机纳米晶的液相合成。作者通过选择一类具体的纳米材料（贵金属及其合金），一项常用的实验技术（水热

/溶剂热方法），一种简单的设计思路（模板法），一个新兴的学科前沿（超细纳米晶），以及一些传统的理论模型（纳米晶生长机理），从多方面出发读者了解整个纳米液相合成方法，为研究者从原子分子的层次指导设计新材料和新结构提供一些思路。

 

本书主要介绍了纳米材料的液相合成方法，包括贵金属及其合金纳米晶的合成，水热/溶剂热法、模板法合成纳米材料，超细纳米晶的合成方法，并从理论角度探讨了纳米晶的生长机理。全书内容丰富，介绍了大量合成反应体系，以期从多方面启发读者了解整个纳米材料液相合成方法，为研究者从原子/分子的层次设计新材料和新结构提供一些思路。本书可供从事纳米材料研究的科研和技术人员参考使用，也可作为材料、化学、环境等专业的高校师生的参考用书。

王训，教育部“长江学者”特聘教授、国家“千人计划”特聘教授、国家杰出青年基金获得者杰青，中组部首批青年拔尖人才，清华大学化学系系主任。近年来获得国内外多项奖励，包括“长江学者”特聘教授、2014 IUMRS – MRS Singapore Young Researchers Award Nomination、中组部首批青年拔尖人才支持计划、第十一届中国青年科技奖、国家自然科学奖二等奖、霍英东青年教师基金，国际纯粹及应用化学联合会青年化学家奖等。主要从事无机纳米材料化学研究，在无机纳米晶体新结构控制合成、形成机制及组装领域取得了系列成果。迄今在Nature, Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等SCI杂志上发表文章150余篇，论文被他人SCI引用超过10000次。

第1章绪论001

倪兵，王训（清华大学化学系）

第2章贵金属及其合金纳米晶007

王定胜（清华大学化学系）

2.1　引言 008

2.2　疏水合成体系 013

2.2.1　甲苯-油胺-甲醛合成体系 013

2.2.2　油胺-十八烯合成体系 017

2.2.3　十八胺合成体系 022

2.3　亲水合成体系 037

2.3.1　高沸点醇-苯环衍生物-PVP合成体系 037

2.3.2　苯甲醇-PVP合成体系 041

2.3.3　PVP合成体系 045

2.4　两步法合成合金及金属间化合物纳米晶 051

2.4.1　晶种法 054

2.4.2　“从上至下”合成策略 063

2.5　本章小结 070

参考文献 073

第3章水热/溶剂热法合成纳米材料077

刘军枫，蔡钊，徐雯雯，韩娜娜，张天宇，孙晓明（北京化工大学理学院）

3.1　引言 078

3.2　水热/溶剂热法合成纳米材料的基本原理 078

3.2.1　水热/溶剂热法合成纳米材料的影响因素 079

3.2.2　水热/溶剂热法合成纳米材料的发展趋势 085

3.3　水热/溶剂热法合成一维纳米材料 086

3.3.1　水热/溶剂热法合成纳米棒和纳米线 087

3.3.2　水热/溶剂热法合成纳米管 098

3.4　水热/溶剂热法合成纳米阵列 104

3.4.1　纳米阵列简介 104

3.4.2　一级纳米阵列 106

3.4.3　多层级纳米阵列 114

3.5　本章小结 118

参考文献 119

第4章模板法合成纳米材料129

刘建伟，梁海伟，俞书宏（中国科学技术大学化学系）

4.1　引言 130

4.2　模板法合成零维纳米材料 132

4.2.1　生物模板法合成零维纳米材料 134

4.2.2　非生物模板法合成零维纳米材料 135

4.3　模板法合成一维纳米材料 138

4.3.1　有机模板 139

4.3.2　多孔膜模板 141

4.3.3　用已有的一维纳米结构作模板 142

4.4　模板法合成二维纳米材料 155

4.4.1　生物模板法合成二维纳米材料 156

4.4.2　非生物模板法合成二维纳米材料 156

4.5　本章小结 158

参考文献 158

第5章超细纳米晶及其控制生长163

倪兵，王训（清华大学化学系）

5.1　引言 164

5.2　一维超细纳米线 167

5.2.1　一维非金属超细结构合成规律 168

5.2.2　团簇的组装 174

5.2.3　非金属一维超细纳米材料的柔性 177

5.2.4　非金属单壁纳米管 186

5.2.5　一维金属超细结构 191

5.2.6　一维材料力学性能与尺度的关系 197

5.3　二维超细纳米晶 198

5.4　本章小结 203

参考文献 204

第6章纳米晶生长机理209

朱万诚，张照强（曲阜师范大学化学与化工学院）

6.1　引言 210

6.2　基于传统Lamer模型的生长机理 210

6.2.1　Lamer模型 211

6.2.2　爆发性成核 214

6.2.3　Ostwald熟化 219

6.2.4　扩散控制生长 226

6.3　取向连生（OA）机理 233

6.3.1　OA机理概述 233

6.3.2　一维纳米结构 238

6.3.3　二维纳米结构 242

6.3.4　三维结构 244

6.3.5　OA和Ostwald熟化协同作用 246

6.4　纳米晶生长的原位观察与跟踪 251

6.4.1　原位观察光谱技术 252

6.4.2　原位观察电子显微镜技术 255

6.5　纳米晶生长的理论研究进展 267

6.5.1　分子动力学模拟 267

6.5.2　蒙特卡洛模拟 270

6.5.3　第一性原理 272

6.6　本章小结 274

参考文献 274

索引 286

纳米化学作为无机化学的一个分支，进入21世纪以来得到了极大的发展，随着合成方法以及表征技术的不断进步，各种特殊结构、特殊功能的纳米材料被大量合成，巧妙的合成策略、新的晶体生长机理不断涌现。目前纳米化学的发展基本上已经度过了概念验证阶段，进入了新的扩展应用阶段。目前相关专业书籍还不多，因此我们决定编写本书，从最常用的液相合成入手，总结已经发现的合成方法和规律，重点介绍纳米材料的合成以及生长机理，归纳当下的研究热点及发现的新现象、新知识，以期能对研究者有所启发。在前面的章节中，我们先从贵金属的合成入手，介绍一些具体的案例，期望为读者带来一些纳米合成的直观感觉；随后我们介绍了水热/溶剂热合成的一些具体方法，以纳米阵列为重点阐述了相应的合成策略；在接下来的章节中，我们分别介绍了模板法以及超细纳米材料的合成，前者可以实现对纳米结构的精确控制，后者是目前纳米合成的一个新兴领域，其发展状态还处于概念验证阶段；最后，我们通过一些模型、理论介绍了纳米晶的生长机理。本书的完成要感谢多位老师。本书第1章、第5章由王训教授和博士生倪兵完成，第2章由王定胜教授完成，第3章编写人员为刘军枫教授、孙晓明教授以及学生蔡钊、徐雯雯、韩娜娜、张天宇等，第4章由刘建伟副教授、梁海伟教授和俞书宏教授完成，第6章由朱万诚教授和研究生张照强完成，全书由王训教授负责策划、统稿和定稿工作。本书编写过程中多位专家学者审阅并提出了宝贵意见，另外，清华大学博士生欧阳琛对本书中的图片处理也做了很多工作，在此一并表示诚挚的感谢。一方面，由于编者经验不足，另一方面，纳米化学领域仍在快速发展，新知识仍在不断涌现，书中肯定还有许多不全面或者疏漏之处，希望专家和同行们能够提出宝贵意见，以便在有机会再版时，进行补充和更正。编著者于清华大学化学系2017年10月