背景故事:如何一步合成锐钛矿型TiO2 纳米线 ?

阅读研究论文我们往往可以获得大量有意义的科学信息,这些信息不仅可以促进我们对自然的理解与认识,同时还会激励我们设计出性能更加优异的新材料或新方法。在享受阅读论文的同时,我们是否应该了解这些研究成果所经历的过程?因为任何卓越研究成果的获得均需要研究人员日以继夜的付出。为了能使读者深入了解科研论文背后发生的故事,我们将对近期发表在Advanced Materials,Advanced Functional Materials和Small上的论文作者进行专访以期望揭示隐藏在文字背后的科学态度,同时我们也期望读者能更好地理解这些科研成果。以下是新加坡南洋理工大学楼雄文(David Lou X. W.)教授介绍他近期论文(Direct Synthesis of Anatase TiO2 Nanowires with Enhanced Photocatalytic Activity)的背景故事。

1.       您的这项研究成果的思路来自哪里?阅读已发表论文(书籍),或者是基于以往的研究经验,在或者是与其他研究人员的谈话?

可控、便捷地制备具有特定形貌和纳米结构的二氧化钛材料是近年来的一个研究热点。我们实验室也进行了不少关于二氧化钛纳米材料的研究,例如二氧化钛纳米片、钛酸纳米片及相关的复合材料的制备和应用。在此之前我们利用溶剂热方法合成出由不对称四角双锥状二氧化钛纳米晶体组成的微米球。通过对这一体系的进一步发掘和研究,实现了锐钛矿型二氧化钛纳米线的一步法合成。可以说这项成果来源于我们实验室对二氧化钛纳米材料的研究经验和积累。

 

2.       这项研究从“有想法”到“有结果”共计花费多少时间?研究方案在实验开展过程中是否得到调整?在实验进行中,是否出现了一些实验现象出乎您的预料?您的这项材料合成方法是否适用于合成其他材料?

这项研究从2011年年初开始进行,不久便发现在特定的条件下可以合成一维线状纳米材料。由于同时进行的其他研究的影响,直到2011年下半年才开始对这一纳米线材料进行系统的研究和优化。在实验开展过程中我们一直根据进展调整研究方案。虽然以往的研究经验表明有机小分子具有结构导向作用,但是一步法合成二氧化钛纳米线仍然是预料之外的结果。我们相信这项材料的合成方法对其他氧化物纳米材料有重要的借鉴意义。

 

3.       在这项研究进程中,您都遇到了哪些困难(技术难题或非技术难题)?您是如何解决这些难题的?

在我们之前一系列的合成二氧化钛的工作基础之上,总的来说这项研究进行的比较顺利。为了研究实验参数对合成一维结构的影响,我们进行了一系列控制实验,明确了有机溶剂的比例、锂盐的加入等关键因素的作用。在研究一维纳米线产物结构时,也利用高分辨透射电镜等手段进行了大量仔细的结构表征。

 

4.       这项研究工作涉及了新加坡南洋理工大学两个学院,您是如何协调这项研究工作在不同的学院中进行?您可否简要介绍下论文作者对这项研究工作的贡献?

这项研究的实验涉及到了两个学院的仪器和设备,因此协调工作主要在于仪器设备的使用上。论文的第一作者完成了这项研究的实验部分和论文初稿的写作。材料学院的Hng Huey Hoon副教授在部分表征仪器的使用上提供了协助。本人作为指导导师参与了实验方案的讨论和制定,以及论文的修改等工作。

 

5.       对于这种材料,目前尚未解决的科学问题都有什么?您将如何进一步的研究?

这种一维纳米线的合成机理和应用前景仍未十分清楚,而且形貌和结构上仍有进一步优化的空间。我们正在探索这种一维纳米线在其他领域的应用,并且在此二氧化钛纳米线的基础上制备结构和性能更加优异的功能材料。

 

6.       您认为光催化材料的合成方法将朝着哪个发展?会有何种新技术出现?

一方面是实现对已有的光催化材料的可控合成,通过对形貌和纳米结构的调控来优化性能。另一面是开发新的材料和结构, 比如具有特定暴露面的纳米结构,尤其是通过不同材料的复合和协同作用来实现性能的提升。

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