《姜東文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告》ppt課件

1、姜姜 東東 王俊剛王俊剛 呂寶亮呂寶亮 李德寶李德寶 關(guān)于清華大學(xué)李亞棟教授任務(wù)關(guān)于清華大學(xué)李亞棟教授任務(wù)的文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告的文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告l姓名：李亞棟姓名：李亞棟 l出生年月：出生年月：1964年年11月月 l清華大學(xué)化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江特聘教授清華大學(xué)化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江特聘教授 l無機(jī)化學(xué)研討所所長(zhǎng)，系學(xué)術(shù)委員會(huì)主任無機(jī)化學(xué)研討所所長(zhǎng)，系學(xué)術(shù)委員會(huì)主任 l：l主要學(xué)歷：主要學(xué)歷： l1982.91986.7 安徽師范大學(xué)化學(xué)系安徽師范大學(xué)化學(xué)系 大學(xué)本科大學(xué)本科 l1988.91991.7 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)運(yùn)用化學(xué)系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

2、運(yùn)用化學(xué)系 碩士研討生碩士研討生 l1995.91998.7 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系 博士研討生博士研討生 l主要閱歷：主要閱歷： l1991.71996.7 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)運(yùn)用化學(xué)系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)運(yùn)用化學(xué)系 助教、講師助教、講師 l1996.91999.3 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系 講師、副教授講師、副教授 l1999.3至今至今 清華大學(xué)化學(xué)系清華大學(xué)化學(xué)系 教授，博士生導(dǎo)師教授，博士生導(dǎo)師 l主要研討領(lǐng)域：先進(jìn)功能資料與無機(jī)合成化學(xué)主要研討領(lǐng)域：先進(jìn)功能資料與無機(jī)合成化學(xué) l研討方向：納米資料的合成、組裝、構(gòu)造、性能及其運(yùn)用探求研討方向：納米

3、資料的合成、組裝、構(gòu)造、性能及其運(yùn)用探求 l獲獎(jiǎng)情況及榮譽(yù)：獲獎(jiǎng)情況及榮譽(yù)： l2001年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)，二等獎(jiǎng)年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)，二等獎(jiǎng)(排名第排名第3) l2000年中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)獎(jiǎng)，一等獎(jiǎng)年中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)獎(jiǎng)，一等獎(jiǎng)(排名第排名第3) l2001年被聘為教育部年被聘為教育部“長(zhǎng)江特聘教授長(zhǎng)江特聘教授 l2000年獲國(guó)家出色青年科學(xué)基金年獲國(guó)家出色青年科學(xué)基金 l2001年獲全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文年獲全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文 l2002年獲茅以升科技技術(shù)獎(jiǎng)年獲茅以升科技技術(shù)獎(jiǎng)-北京青年科技獎(jiǎng)北京青年科技獎(jiǎng) l2004年入選年入選 “新世紀(jì)百千萬人才工程國(guó)家級(jí)人選新世紀(jì)百千萬人才工程國(guó)家級(jí)人選

4、 李亞棟教授個(gè)人引見李亞棟教授個(gè)人引見李亞棟研討小組的近幾年發(fā)表文章情況李亞棟研討小組的近幾年發(fā)表文章情況1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009051015202530354045 Number of paperYear該研討組近十年發(fā)表文章近該研討組近十年發(fā)表文章近300篇，累計(jì)他引次數(shù)篇，累計(jì)他引次數(shù)7000多次；文章多次；文章主要集中發(fā)表在主要集中發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater 、Nano. Lett.、Chem. Com、Chem. Eur.

5、J 等有影響等有影響力的雜志上。力的雜志上。李亞棟研討小組的代表性任務(wù)李亞棟研討小組的代表性任務(wù)Part1Part1納米資料的制備納米資料的制備 目前納米晶資料的研討倍受關(guān)注，科學(xué)家們發(fā)明了很多納目前納米晶資料的研討倍受關(guān)注，科學(xué)家們發(fā)明了很多納米晶的制備方法，但對(duì)納米晶資料的尺寸、形貌和分散性的米晶的制備方法，但對(duì)納米晶資料的尺寸、形貌和分散性的控制不斷是個(gè)難題。雖然，有科學(xué)家可以制備出尺寸、形貌控制不斷是個(gè)難題。雖然，有科學(xué)家可以制備出尺寸、形貌可控的納米晶資料，但其方法僅局限于某一種資料的制備，可控的納米晶資料，但其方法僅局限于某一種資料的制備，不具有普適性。不具有普適性。 李亞棟研討小

6、組處理了目前納米晶制備的難題，實(shí)現(xiàn)了金李亞棟研討小組處理了目前納米晶制備的難題，實(shí)現(xiàn)了金屬、貴金屬、氧化物、硫化物、氟化物、化合物半導(dǎo)體等系屬、貴金屬、氧化物、硫化物、氟化物、化合物半導(dǎo)體等系列化合物的單分散納米晶制備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了納米晶尺寸和形列化合物的單分散納米晶制備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了納米晶尺寸和形貌的可控。針對(duì)這些資料的制備，該研討組主要提出了兩類貌的可控。針對(duì)這些資料的制備，該研討組主要提出了兩類具有普適性的納米晶資料制備方法：具有普適性的納米晶資料制備方法： (1)(1)基于水熱法和界面化學(xué)基于水熱法和界面化學(xué)(gas-liquid(gas-liquid，solid-solid solid-

7、solid 和和 liquid-solid-solution)liquid-solid-solution)的納米晶制備方法；的納米晶制備方法； 2 2基于晶體生長(zhǎng)的基于晶體生長(zhǎng)的1-D1-D納米晶資料的制備方法。納米晶資料的制備方法。Part 2 Part 2 納米資料的晶面與其催化活性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)納米資料的晶面與其催化活性關(guān)系的發(fā)現(xiàn) 20052005年，該研討小組發(fā)現(xiàn)暴露高活性晶面的氧化鈰納米年，該研討小組發(fā)現(xiàn)暴露高活性晶面的氧化鈰納米棒棒COCO催化氧化活性比其納米顆粒高數(shù)倍，隨后又在外表加催化氧化活性比其納米顆粒高數(shù)倍，隨后又在外表加強(qiáng)拉曼、氣敏等領(lǐng)域的研討中，察看到不同晶面的納米粒強(qiáng)拉曼

8、、氣敏等領(lǐng)域的研討中，察看到不同晶面的納米粒子具有不同的外表加強(qiáng)效應(yīng)，最近他們提示出具有不同催子具有不同的外表加強(qiáng)效應(yīng)，最近他們提示出具有不同催化活性的納米晶所暴露的晶面構(gòu)造穩(wěn)定性是引起催化活性化活性的納米晶所暴露的晶面構(gòu)造穩(wěn)定性是引起催化活性、選擇性差別的關(guān)鍵。、選擇性差別的關(guān)鍵。李亞棟研討小組的代表性任務(wù)李亞棟研討小組的代表性任務(wù)lGasLiquid Interface Condensed Mechanism to Hollow MicrosphereslSolidSolid Interface-Mediated Formation of CoreShell Nanostructures

9、and Hollow SphereslLiquidSolidSolution Phase Transfer and Separation StrategyPart1納米資料的制備納米資料的制備1.基于水熱法和界面化學(xué)的三種具有普適性的納米晶制備方法基于水熱法和界面化學(xué)的三種具有普適性的納米晶制備方法1.1 GasLiquid Interface Condensed Mechanism to Hollow Microspheres2SeO32-+2ZnO22-+3N2H4 2ZnSe+3N2 +2H2O+8OH-溶液中的納米晶初級(jí)粒子有很高的外表自在能，容易聚會(huì)；當(dāng)體系中產(chǎn)生溶液中的納米晶初級(jí)粒

10、子有很高的外表自在能，容易聚會(huì)；當(dāng)體系中產(chǎn)生氣泡后，納米晶初級(jí)粒子為了到達(dá)熱力學(xué)穩(wěn)定而在氣泡外表富集，氣泡作氣泡后，納米晶初級(jí)粒子為了到達(dá)熱力學(xué)穩(wěn)定而在氣泡外表富集，氣泡作為物理模板，最終構(gòu)成納米晶中空球。為物理模板，最終構(gòu)成納米晶中空球。Qing Peng, Yajie Dong, and Yadong Li Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3027 3030Qing Peng, Sheng Xu, Zhongbin Zhuang, Xun Wang,and Yadong Li small 2005, 1, No. 2, 216 221反響機(jī)理表示圖反響機(jī)理表

11、示圖Part1納米資料的制備納米資料的制備典型樣品的照片：典型樣品的照片：ZnSe Hollow Microspheres優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1氣泡作為模板防止了反響過程中引入雜質(zhì)；氣泡作為模板防止了反響過程中引入雜質(zhì)；2納米晶中空球的尺寸可以經(jīng)過調(diào)理溶液的粘度和反響溫度來調(diào)控。納米晶中空球的尺寸可以經(jīng)過調(diào)理溶液的粘度和反響溫度來調(diào)控。1.1 GasLiquid Interface Condensed Mechanism to Hollow MicrospheresPart1納米資料的制備納米資料的制備 溶度積常數(shù)大的化合物可以經(jīng)過液相沉淀轉(zhuǎn)化構(gòu)成更難溶解溶度積常數(shù)小溶度積常數(shù)大的化合物可以經(jīng)過液相沉

12、淀轉(zhuǎn)化構(gòu)成更難溶解溶度積常數(shù)小的化合物。的化合物。 ZnSe中空球在中空球在O2或含或含S氣體中處置，構(gòu)成氧化物或硫化物中空球。氣體中處置，構(gòu)成氧化物或硫化物中空球。1.1 GasLiquid Interface Condensed Mechanism to Hollow MicrospheresPart1納米資料的制備納米資料的制備此方法的啟示：此方法的啟示：根據(jù)此機(jī)理，選取可以在反響過程中可以原位產(chǎn)生氣泡的反響體系根據(jù)此機(jī)理，選取可以在反響過程中可以原位產(chǎn)生氣泡的反響體系，能夠制備得到，能夠制備得到MoOx、MoSx或或MoO-MoS的復(fù)合納米晶中空球，的復(fù)合納米晶中空球，等待其在催化性能

13、方面有所改良。等待其在催化性能方面有所改良。1.1 GasLiquid Interface Condensed Mechanism to Hollow MicrospheresPart1納米資料的制備納米資料的制備1.2 SolidSolid Interface-Mediated Formation of CoreShell Nanostructures and Hollow Spheres 此方法是在碳微球制備技術(shù)成熟的根底上提出的，選擇碳微球的緣由有三：此方法是在碳微球制備技術(shù)成熟的根底上提出的，選擇碳微球的緣由有三：1碳微球的大小均勻，尺寸可調(diào)碳微球的大小均勻，尺寸可調(diào)1501500 n

14、m；2碳微球制備原料為葡萄糖或蔗糖，其外表具有親水的活性基團(tuán)，如：碳微球制備原料為葡萄糖或蔗糖，其外表具有親水的活性基團(tuán)，如：OH, CHO, and COO； 3碳微球外表疏松。碳微球外表疏松。碳微球制備表示圖碳微球制備表示圖Xiaoming Sun and Yadong Li Langmuir 2005, 21, 6019-6024Part1納米資料的制備納米資料的制備Core-shell構(gòu)造構(gòu)成表示圖構(gòu)造構(gòu)成表示圖此方法可以制備貴金屬此方法可以制備貴金屬C、氧化物、氧化物C、硫化、硫化物物C和氮化物和氮化物C。此方法制備的此方法制備的Core-shell構(gòu)造微球大小可以經(jīng)過構(gòu)造微球大小可

15、以經(jīng)過調(diào)理溶液的濃度和反響調(diào)理溶液的濃度和反響溫度來調(diào)控。溫度來調(diào)控。1.2 SolidSolid Interface-Mediated Formation of CoreShellPart1納米資料的制備納米資料的制備AgC的電鏡照片的電鏡照片中空球構(gòu)造構(gòu)成表示圖中空球構(gòu)造構(gòu)成表示圖 根據(jù)其構(gòu)成原理，只需可以與根據(jù)其構(gòu)成原理，只需可以與-OH作用的金屬離子都可以用來制備其作用的金屬離子都可以用來制備其相應(yīng)的氧化物和氮化物。因此相應(yīng)的氧化物和氮化物。因此Mn+可以是可以是Al3+,Ga3+,Sn4+, Mn2+,Ni2+,Cr3+, Co2+, Ti4+,Zr4+,La3+, Y3+, Lu3

16、+, Ce3+ 等等. 由于碳微球的大小可控，所以中空球的中空程度可調(diào)；其壁厚可以經(jīng)由于碳微球的大小可控，所以中空球的中空程度可調(diào)；其壁厚可以經(jīng)過金屬離子的濃度和反響溫度進(jìn)展調(diào)控。過金屬離子的濃度和反響溫度進(jìn)展調(diào)控。1.2 SolidSolid Interface-Mediated Formation of Hollow SpheresPart1納米資料的制備納米資料的制備Ga2O3中空球的電鏡照片中空球的電鏡照片1.2 SolidSolid Interface-Mediated Formation of CoreShell Nanostructures and Hollow SpheresP

17、art1納米資料的制備納米資料的制備此方法的啟示：此方法的啟示：根據(jù)根據(jù)core-shell構(gòu)造和中空構(gòu)造的構(gòu)成原理，可以將兩個(gè)過程結(jié)合構(gòu)造和中空構(gòu)造的構(gòu)成原理，可以將兩個(gè)過程結(jié)合，先制備，先制備MC的的core-shell構(gòu)造，然后再在作為構(gòu)造，然后再在作為Shell的碳微球外表的碳微球外表富集金屬離子，構(gòu)成一個(gè)更大的金屬富集金屬離子，構(gòu)成一個(gè)更大的金屬Shell，最后除去碳層，制備出，最后除去碳層，制備出內(nèi)部有金屬或金屬氧化物，外部是其他金屬或氧化物的雙金屬內(nèi)部有金屬或金屬氧化物，外部是其他金屬或氧化物的雙金屬move-core納米構(gòu)造。納米構(gòu)造。eg: Fe-Mo-C體系或體系或Fe-M

18、o-CS體系。體系。1.3 LiquidSolidSolution Phase Transfer and Separation StrategyThe phase transfer process can occur for nearly all the transition or main group metal ions, which endows great flexibility for the reactions at the interfaces.Part1納米資料的制備納米資料的制備Shuai Li, Ting Xie, Qing Peng, and Yadong Li Chem

19、. Eur. J. 2021, 15, 2512 2517Zhongbin Zhuang, Qing Peng, Junfeng Liu, Xun Wang, Yadong Li Inorganic Chemistry, 46, 13, 2007Ting Xie, Shuai Li, Qing Peng, and Yadong Li Angew. Chem. 2021, 121, 202 206 1.3 LiquidSolidSolution Phase Transfer and Separation StrategyPart1納米資料的制備納米資料的制備TEM images of nanoc

20、rystals with nearly round shapes synthesized via the LSS strategy: (a) Ag (6.1 nm, 90 TEM images of nanocrystals with nearly round shapes synthesized via the LSS strategy: (a) Ag (6.1 nm, 90 C), (b) C), (b) Au (7.1 nm, 50 Au (7.1 nm, 50 C), (c) Rh (2.2 nm, 120 C), (c) Rh (2.2 nm, 120 C), and (d) Ir

21、(1.7 nm, 120 C), and (d) Ir (1.7 nm, 120 C). C). TEM images of nanocrystals with different shapes synthesized via the LSS strategy: (e) NaYF4 nanoparticles, (f) NaYF4 nanorods, (g) LaVO4 nanocrystals with a square shape, and (h) YPO40.8H2O nanocrystals with a hexagonal shape. 根據(jù)此制備方法的機(jī)理，幾乎可以合成一切的過度金

22、屬和主族金屬納米根據(jù)此制備方法的機(jī)理，幾乎可以合成一切的過度金屬和主族金屬納米晶資料；此外金屬離子脫水還可以制備出如：晶資料；此外金屬離子脫水還可以制備出如：TiO2, CuO, ZrO2, SnO2, ZnO等的納米晶金屬氧化物；等的納米晶金屬氧化物；MFe2O4 (M = Fe, Co, Mg, Zn, Mn等等)和和 MTiO3 (M =Ba or Sr)等納米晶鹽類化合物；反響過程中參與等納米晶鹽類化合物；反響過程中參與S、Se和和F等等陰離子，可以制備陰離子，可以制備CdS, MnS, PbS, Ag2S, CuS, ZnS, CdSe, ZnSe, YF3, LaF3, NaYF4

23、等多種納米晶金屬化合物。等多種納米晶金屬化合物。 此方法制備的納米晶資料，其形貌可以經(jīng)過調(diào)理反響溫度和金屬離子濃此方法制備的納米晶資料，其形貌可以經(jīng)過調(diào)理反響溫度和金屬離子濃度調(diào)變。度調(diào)變。1.3 LiquidSolidSolution Phase Transfer and Separation StrategyPart1納米資料的制備納米資料的制備Part1納米資料的制備納米資料的制備lSolvent Coordination molecular template (SCMT) mechanismlRolling mechanismlControlled growth based on an

24、isotropic crystal structures二、基于晶體生長(zhǎng)的二、基于晶體生長(zhǎng)的1-D納米晶資料的制備方法納米晶資料的制備方法Part1納米資料的制備納米資料的制備2.1 Solvent Coordination molecular template (SCMT) mechanism 該方法的中心思想是在配位溶劑乙二胺的該方法的中心思想是在配位溶劑乙二胺的作用下生成中間體作用下生成中間體 Cd(en)22+，中間體在，中間體在E的的作用下陳列成為納米線，該方法主要用于合成作用下陳列成為納米線，該方法主要用于合成II-VI族化合物的納米線和納米棒。族化合物的納米線和納米棒。E = S

25、, Se, Te en = ethylenediamineWS2 該方法的中心部分是目的產(chǎn)物的前驅(qū)體可以構(gòu)該方法的中心部分是目的產(chǎn)物的前驅(qū)體可以構(gòu)成片層狀構(gòu)造。然后在范德華力、離子間作用、親成片層狀構(gòu)造。然后在范德華力、離子間作用、親疏水性等作用下，實(shí)現(xiàn)疏水性等作用下，實(shí)現(xiàn)2D2D構(gòu)造的卷曲，最終構(gòu)成納構(gòu)造的卷曲，最終構(gòu)成納米線或納米管。米線或納米管。Part1納米資料的制備納米資料的制備2.2 Rolling mechanism該體系是合成該體系是合成1-D納米構(gòu)造的一類普適方法，可適用于諸多體系的合成：納米構(gòu)造的一類普適方法，可適用于諸多體系的合成：如如C、Bi等單質(zhì)納米管，等單質(zhì)納米管，

26、MnO2、Ln(OH)3等氫氧化物納米線，等氫氧化物納米線，CuSiO3，Na2TiO3等鹽類納米管。其中等鹽類納米管。其中LnLa, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, TmLaPO4 該方法的中心思想是晶體的各向異性產(chǎn)生的擇優(yōu)取向。以該方法的中心思想是晶體的各向異性產(chǎn)生的擇優(yōu)取向。以LaPO4LaPO4為例，為例，(110) (110) 晶面具有較多的懸鍵，使得該晶面的化學(xué)勢(shì)要高于晶面具有較多的懸鍵，使得該晶面的化學(xué)勢(shì)要高于(100), (010), (001)(100), (010), (001)等晶面，沿等晶面，沿110110方向生長(zhǎng)可以釋放

27、更多的體方向生長(zhǎng)可以釋放更多的體系能量，這將使體系更為穩(wěn)定。系能量，這將使體系更為穩(wěn)定。Part1納米資料的制備納米資料的制備2.3 Controlled growth based on anisotropic crystal structures 該體系也是合成該體系也是合成1D納米線的一類普適方法，可適用于諸多體系的合成，納米線的一類普適方法，可適用于諸多體系的合成，原那么上來講，只需晶體具有明顯的各向異性，在適宜的反響體系下都可原那么上來講，只需晶體具有明顯的各向異性，在適宜的反響體系下都可以得到一維的納米線構(gòu)造。以得到一維的納米線構(gòu)造。V2O5VO2BiBi3O4BrPart1納米資料

28、的制備納米資料的制備2.3 Controlled growth based on anisotropic crystal structures在以在以CeO2為為CO低溫氧化反響催化劑的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：低溫氧化反響催化劑的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：CeO2納米棒比納米棒比CeO2納米顆?；钚悦黠@要高。研討發(fā)現(xiàn)納米顆?；钚悦黠@要高。研討發(fā)現(xiàn)CeO2納米棒暴露的主要晶面為納米棒暴露的主要晶面為001 和和 110，而，而CeO2納米顆粒暴露的主要晶面為納米顆粒暴露的主要晶面為111面；闡明面；闡明001 和和 110 晶面在催化晶面在催化CO低溫氧化反響中具有比低溫氧化反響中具有比111面更高的反響活性。面更高的反

29、響活性。Part 2 納米資料的晶面與其催化活性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)納米資料的晶面與其催化活性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)Kebin Zhou, Xun Wang, Xiaoming Sun, Qing Peng, Yadong Li Journal of Catalysis 229 (2005) 206212申文杰研討組勝利地制備出了申文杰研討組勝利地制備出了Co3O4納米棒，在納米棒，在CO低溫氧化反響中發(fā)低溫氧化反響中發(fā)現(xiàn)以現(xiàn)以Co3O4納米棒為催化劑的反響速率是以納米棒為催化劑的反響速率是以Co3O4納顆粒為催化劑反納顆粒為催化劑反響速率的響速率的10倍以上。研討發(fā)現(xiàn)倍以上。研討發(fā)現(xiàn)Co3O4納米棒具有高反響活性的納米棒具有高反響活性的110晶面在晶面在Co3O4納米棒中占催化劑外表的納