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北理工张加涛团队在顶级化学期刊《Chemical Reviews》发表异质纳米晶界面合成化学综述

作者: | 发布日期:2020-02-14  |  浏览量:  

   

 

    近日,北京理工大学化学与化工学院院长张加涛团队在国际顶级期刊《Chemical Reviews》(影响因子54.3)上在线发表题为《Nanointerface Chemistry: Lattice-Mismatched-Directed Synthesis and Application of Hybrid Nanocrystals》的综述论文,对晶格失配度在异质纳米晶合成与应用中的重要作用进行了全面系统的阐述。


    异质纳米晶以纳米或量子尺度的金属或半导体材料做为基元构件,在催化、能量转化与存储、光电器件、生物医学诊断与治疗、量子信息处理等领域具有重要的应用前景。大量研究表明,不同基元构件之间异质界面的晶格结构与电子特性对异质纳米晶的整体性能具有关键性作用,其深层原因是界面处晶格失配度的大小从热力学上决定了晶体生长的不同机制。因此,晶格失配度是异质纳米晶合成与应用中的一项重要参数,其不仅与异质纳米晶合成的难易程度密切相关,同时会对所合成材料界面处的晶格缺陷及晶格应变状态产生直接影响,从而可进一步用于调控异质纳米晶的电子与光学特性。

   

    基于详尽的文献调研,团队梳理近几年在大晶格失配度(>40%)下异质纳米晶合成研究中积累的研究成果。在这篇综述中,作者以晶格失配度为主线,系统分析了金属@金属、半导体@半导体、金属@半导体异质纳米晶在小晶格失配度(< 5%)、中等晶格失配度(5% - 20%)、大晶格失配度(>20%)三种不同情况下的合成与性能调控方法 (图1)。例如,外延晶种生长法及阳离子交换法可适用于晶格失配度小于20%的金属@金属、半导体@半导体异质纳米晶的可控合成。作者团队基于原创的“突破热力学极限”的逆向竞争阳离子交换方法学,提出了全新的非外延生长策略,突破了异质外延生长的晶格失配度限制,突破了异质外延生长的临界尺寸厚度,制备了不同形貌、不同厚度的金属@单晶半导体核壳纳米晶,为大晶格失配度下的纳米界面调控提供了一种有效方法。此外,本综述还详细讨论了如何通过晶格失配度来调控异质纳米晶在催化、发光、能量转化等应用领域的理化特性,并展示了具有原子级有序异质界面的非外延金属@半导体异质纳米晶在量子信息、洁净能源、医学诊疗应用中突出的性能优势。如作者团队基于制备的非外延金属@半导体异质纳米晶,实现了将传统的PHET机理下,Plasmon热电子注入效率从2.75%到48%的根本性突破和高效光催化/光电催化应用;以及作者团队基于Au@Cu2-xS核壳纳米棒的近红外双模态光热增强实现高效光热疗杀死癌细胞应用等。最后,文章指明了本研究领域目前存在的挑战,并对未来的发展进行了展望。

 

    上述研究成果得到了结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室和材料学院先进材料实验中心的平台支持,得到了国家自然科学基金 (Grant No. 51702016, 51631001, 51872030, 21643003, 51501010)和科研院创新人才支持计划经费的支持。北理工材料学院刘佳研究员为第一作者,北理工张加涛教授为通讯作者,北理工为唯一通讯单位。

   

    原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.9b00443

 

作者简介

   

    刘佳研究员:2013年硕博连读毕业于中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,获理学博士学位(导师:李灿院士,杨启华研究员);2014-2016年,在日本国家材料科学研究所(NIMS)进行博士后研究 (合作导师;有贺克彦,阿部英树)。2016年加入北京理工大学材料学院张加涛教授研究团队,任特别研究员,博士生导师。自加入北理工以来,以第一作者或通讯作者在Chem. Rev.、 Nano Energy、 J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interface、Chem. Commun.、Nanoscale等国际知名期刊发表SCI论文十余篇。主要研究领域:纳米晶可控合成;太阳能光-化学转化;光(电)催化。
    张加涛教授,英国皇家化学会会士(FRSC),北理工化学与化工学院院长,医工融合研究院独立PI。2006年获得清华大学化学系无机化学理学博士学位(导师:李亚栋院士)。2006-2011,先后在德国卡尔斯鲁厄大学Dieter Fenske院士、美国马里兰大学Min Ouyang课题组做博士后研究。2011年以首位徐特立特聘教授加盟北京理工大学材料学院至今,担任结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室主任。张加涛教授主要从事纳米材料化学研究,掺杂半导体纳米晶及异质结构精准合成、组装及光电、新能源、生物医学应用研究。第一作者或通讯作者在Nature、Science、Chem. Rev.、Nature Nanotech.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、Adv. Functional Mater.、J. Mater. Chem. A、Chem. Mater.、Small、J. Phys. Chem. Lett.等国际顶级学术期刊上发表SCI论文70余篇,研究工作已被他人引用4000余次,单篇他引超过900次。一级学会优博、校级优博/优硕9人次。荣获IUPAC杰出奖、中国材料学术联盟IFAM2018青年科学家奖等。

 

(审核:王振华)