国家纳米科学中心分级纳米结构研究取得重要进展

构成网格的结构单元本身就是网格

　　在分级纳米结构的制备中，采用最多的方法是在已有的一维纳米结构（例如纳米线）表面继续沉积或者生长这些一维的结构，例如，螺位错驱动的PdS纳米松树；而基于二维纳米结构单元的分级纳米结构的研究尚不多见。和一维纳米结构相比，二维纳米结构能像剪纸那样被“雕镂”成各种形状，晶格匹配引导的刻蚀-生长甚至可以在二维纳米结构单元上制作有序的阵列。如果这些二维纳米结构本身就能构成一些特殊的阵列或有序结构，那被雕镂之后，这些阵列能转化为的更复杂的分级结构。

　　国家纳米科学中心刘前课题组以超平BiOx薄膜作为前驱体制作分级纳米结构，它具有纳米结构形貌均一，与平面加工工艺兼容性好等优点。BiOx薄膜在500°C加热三小时后转化为亚稳态的四方相β-Bi2O3薄膜，它由几十微米大小的单晶晶畴构成。β-Bi2O3晶畴在稀盐酸中生成由BiOCl纳米片构成的二维正交网格（2DONW）。透射电镜研究结果表明，两组互相垂直的纳米片的法向分别是β-Bi2O3的c-轴和[110]方向。BiOCl也是一种具有四方结构的材料，其片状纳米结构在硫代乙酰胺和盐酸的混合溶液中加热至60°C能生成Bi2S3网格，它也是一种2DONW。透射电镜观察显示，该网格由两组互相垂直且沿[001]方向（分别是BiOCl的[100]和[010]方向）生长的Bi2S3纳米棒组成。这种Bi2S3分级结构是一种自相似的超结构——嵌套二维正交网格（N2DONW）。

　　把形核和生长进行分离，并人为地引导晶核的排列，可以制作出具有可控周期的网格结构和嵌套网格结构。这种结构用常规的纳米加工技术是无法制作的，因此它可以看成一种非光刻的纳米加工方法。N2DONW具有很大的比表面积，因此在催化剂载体、电化学储氢、忆阻器件以及晶体外延引导的纳米加工等领域有潜在的应用前景。

　　该工作以全文的形式在线发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2011, DOI: /10.1021/ja111000.) 上。

　　这项工作是研究组系列研究工作的一部分。近年来，研究组还发展BiOCl的分级结构并研究了其光学特性，其结果被发表在Nanotechnology（2009, 20, 75702）上并被IOP评为当年度华人作者十佳论文。

　　本研究得到国家自然科学基金、国家973项目和科技部国际科技合作项目的支持。