Advanced Science:溶液-液相-固相法制备二氧化硅纳米棒阵列

气相-液相-固相(VLS)方法广泛被用来生长具有多种重要应用前景的一维纳米线/棒阵列。与(VLS)过程类似,近年来发展的溶液-液相-固相(SLS)方法提供了一种更加温和的胶体一维纳米结构制备方法,此外还具有产物尺寸均匀好、胶体分散好、易于后续功能化修饰等突出优点。但是,能否利用SLS过程实现温和条件下制备一维纳米阵列结构依然是个悬而未决的问题。

苏州大学何乐课题组和合作者报道了一种通过溶液-液相-固相法在亲水基底上无种子制备二氧化硅纳米棒阵列的方法,证实了SLS方法在制备一维纳米阵列结构方面的巨大潜力。首先,利用柠檬酸钠在戊醇溶剂中的低溶解度,构筑了一种特殊的水-醇微乳液体系,在表面能驱动下,含有催化剂的水滴吸附在亲水基底上,前驱物(TEOS)从戊醇中扩散到催化剂液滴中,发生水解和缩合反应,二氧化硅在三相界面发生成核和生长,最终实现从亲水性基底表面直接生长二氧化硅纳米棒阵列结构。相关结果发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000310)。

该方法具有极强的普适性与拓展性,可以在各种亲水性基材,如普通玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、金属片、硅片和柔性聚合物薄膜(BOPP)上实现生长二氧化硅纳米棒阵列。基于SLS的生长机理,可以通过控制反应条件方便地调控二氧化硅纳米棒的直径和长度等结构参数。所获得的二氧化硅纳米棒阵列在负载金属后可用于气相催化(光热CO2加氢)和液相催化(4-硝基苯酚还原),与平面结构的基底相比,催化活性有大幅提升。 该工作证实了利用SLS法可以生长一维纳米阵列结构,为利用SLS法生长其他成分的一维阵列提供参考与理论依据;所获得的阵列可以作为不同催化体系的通用载体;利用对基底亲疏水的区域调控,可以获得生长在特定区域的纳米阵列;利用成熟的硅烷化学,二氧化硅表面可以非常方便的修饰不同功能基团,带来多种不同应用;得益于温和的生长条件,该方法还可以在耐热性较差的聚合物薄膜上生长阵列结构,推动阵列结构在柔性电子领域的发展。