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  納米尺度上控制材料的組成、結(jié)構(gòu)、形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料性能強(qiáng)化、多元及智能是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。核殼結(jié)構(gòu)作為材料異質(zhì)化的有效手段，可將組成、性能及結(jié)構(gòu)各異的內(nèi)核與殼層協(xié)同組合。核與殼之間有效物質(zhì)和能量相互作用，很大程度上依賴于對殼層組成、結(jié)構(gòu)和厚度的精確調(diào)控。當(dāng)前，核殼結(jié)構(gòu)雜化納米材料已經(jīng)在光電、催化及傳感器等領(lǐng)域顯示出應(yīng)用優(yōu)勢。簡單、高效且適用范圍廣泛的納米材料可控包覆途徑一直是功能納米材料領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

  近日廈門大學(xué)材料學(xué)院戴李宗教授課題組在無機(jī)與聚合物界面精確調(diào)控技術(shù)方面的研究取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果“Predictable Particle Engineering: Programming the Energy Level, Carrier Generation, and Conductivity of Core?Shell Particles”發(fā)表于Journal of the American Chemical Society (2018, 140, 7629?7636)。

  戴李宗教授課題組發(fā)展了鄰苯二酚-無機(jī)表面高效結(jié)合與B-N配位協(xié)同驅(qū)動下硼酸酯聚合物對無機(jī)納米材料的可控包覆新方法，實(shí)現(xiàn)了聚合物殼層對組成、尺寸、形狀各異的納米材料內(nèi)核在1-50 nm范圍內(nèi)的精確可控和可預(yù)測包覆（見圖1、2）。從實(shí)驗(yàn)和理論上揭示了無機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)核與硼酸酯殼層之間物質(zhì)和能量交換對核殼結(jié)構(gòu)雜化材料能級、載流子生成、傳導(dǎo)性能的調(diào)控機(jī)制（見圖3）。

圖1.硼酸酯聚合物在無機(jī)納米材料表面可控包覆過程及厚度調(diào)控/預(yù)測。

圖2.硼酸酯聚合物在無機(jī)納米材料表面包覆的廣泛適應(yīng)性。

圖3. 金屬氧化物半導(dǎo)體納米晶體@硼酸酯聚合物核/殼協(xié)同增效示意圖。

研究發(fā)現(xiàn)：

  （1）硼酸酯聚合物殼層的形成可有效降低金屬氧化物半導(dǎo)體納米晶體的禁帶寬度；

  （2）半導(dǎo)體內(nèi)核中過渡金屬離子的外遷能夠調(diào)控硼酸酯聚合物的HOMO/LUMO能級；

  （3）核/殼協(xié)同增效，賦予雜化納米材料良好的載流子生成能力和載流子穩(wěn)定性；

  （4）核殼結(jié)構(gòu)雜化材料的空穴傳導(dǎo)能力顯著提升（μp 最高達(dá)2.04×10-2 cm2/ (V s)），相對于純硼酸酯聚合物，空穴傳輸能力最高可提升9個數(shù)量級。

  該類型雜化納米材料在光電轉(zhuǎn)換、傳感、催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。

  該研究工作依托福建省防火阻燃材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、福建省固體表面涂層材料技術(shù)開發(fā)基地，由廈門大學(xué)材料學(xué)院與機(jī)電工程系合作完成。袁叢輝副教授（第一作者，共同通訊）、戴李宗教授為該研究論文的共同通訊作者。近年來該課題組在B-N配位、鄰苯二酚-金屬配位驅(qū)動分子自組裝方面開展了系列工作（相關(guān)研究成果已在ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources、J. Mater. Chem. B、Soft Matter等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)研究論文8篇），形成了特色研究方向，先后獲得了3項(xiàng)國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和1項(xiàng)國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項(xiàng)目資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03010