背景故事:纳米材料合成如何做到1+1>2?

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?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。以下是国家纳米科学中心唐智勇教授介绍他近期论文(Monodisperse Hollow Supraparticles via Selective Oxidation)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?

这项成果的研究思路源于两部分:第一,我们知道,空心结构纳米材料有很多独特的性质和应用潜能。目前,制备该结构的方法很多,但多集中于无定形材料(聚合物、二氧化硅等)。对于具有良好光学性质的半导体和贵金属,发展一种方便、绿色、重复性好的方法来制备空心结构对于拓展功能纳米材料的应用具有重要的意义。第二,2011年,我们发展了一种新的组装策略(Nature Nanotechnology, 2011, 6, 580-587):以多分散的无机纳米粒子为组装单元,通过弱作用力的调制,自组装成单分散的超级纳米粒子。由于该超级纳米粒子具有多晶的、外紧内松的类核壳结构,因此,我们认为自组装结合化学选择性刻蚀可以发展一种制备空心结构的方法。

 

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?

从“有想法”到“有结果”经过了近一年时间;在实验进行的过程中,研究方案并没有大的调整。最出乎意料的实验现象是:该材料的发光效率比我们预计的高出很多,超过40%;该方法是一种普适性的方法,原则上只要构成模版的核、壳材料具有不同的化学性质,即可利用该方法构筑空心结构的纳米材料。

 

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?

由于具有较好的前期工作,整个工作进展较为顺利。只是在将其发展成为“普适性”的方法时,摸索了较多的实验条件。

 

4.这项研究工作涉及了国家纳米科学中心和安徽师范大学,您是如何协调这项研究工作在不同的学校间进行?您可否简要介绍下论文作者对这项研究工作的贡献?

只要处理得当,合作研究完全能有可能做到“1+1>2”。该工作的第一作者是安徽师范大学的副教授夏云生,也是国家纳米科学中心毕业的博士,因此,我们合作非常顺利!对于该工作,我主要负责实验思路的总体把握,夏云生负责具体的工作,我们一起讨论实验结果和撰写文章。

 

5.对于这项技术,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?

利用该方法,我们获得了接近完美的空心结构纳米粒子。下一步的工作是如何体现这一“艺术作品”的应用价值,我们希望该材料能在催化和传感等领域发挥作用。

 

6.您认为该合成方法将朝着哪个发展?会有何种新技术出现?

经过30年的发展,纳米材料的合成取得了巨大的发展。我们认为,在今后,合成方法会朝着以应用为导向的方向发展。如何宏量制备结构和性质高度可控的纳米材料是一个亟待解决的技术问题。