Advanced Functional Materials:多酸诱导亚纳米线的合成

亚纳米线是指直径接近单晶胞尺寸的纳米线材料。亚纳米线与块状材料及尺寸较大的纳米材料相比,性质具有明显的差异,并且其具有类高分子的性质,在组装和加工方面表现出了巨大的优势。然而,迄今为止,亚纳米线的合成仍然面临着巨大的挑战。目前所合成的亚纳米线种类十分有限,例如羟基氧化钆亚纳米线,钼酸镍亚纳米线等,并且对于亚纳米线组分的调控也具有一定的难度,这阻碍了对于其性能的调控。

清华大学化学系王训课题组长期以来一直从事亚纳米线的研究,他们通过将良溶剂/不良溶剂体系与团簇共组装的方法相结合发展了一种合成金属氧化物-多酸团簇异质结构亚纳米线的方法,通过调控金属氧化物的成分,可以得到具有不同性质的亚纳米线,更有利于功能型亚纳米线器件的设计与构筑。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

通过这种方法合成了氧化铁-多酸,氧化钇-多酸,氧化镱-多酸,氧化铈-多酸,氧化铋-多酸纳米线,另外,通过向氧化铋-多酸纳米线的合成体系中引入钒或硫,可以得到与氧化铋-多酸亚纳米线性质不同的氧化铋/钒-多酸和氧化铋/硫-多酸亚纳米线。实验结果表明,该方法可以对亚纳米线的组成和性质进行调控。进一步的,采用湿纺法制备了氧化铋-多酸亚纳米线薄膜,这种薄膜不仅具有良好的柔韧性,而且对波长250 nm-2500 nm的光都具有很强的吸收(~90%),表现出了良好的光热转换性能。利用氧化铋-多酸亚纳米线薄膜光热转化促进海水蒸发,淡化后的海水中离子浓度降低了四个数量级,达到了饮用水的质量标准,说明其在海水淡化中具有实际应用的潜力。氧化铋-多酸亚纳米线良好的光热性能主要得益于其广泛而强烈的光吸收特性以及强烈的表面等离子共振。通过这种方法合成的金属氧化物-多酸亚纳米线具有两个明显的优势,一是可以通过调控金属氧化物的种类或向其中引入其他元素调控其性能,另外,由于亚纳米线具有类高分子的性质,可以通过静电纺丝法,湿纺法等加工高分子的方法进行加工得到柔性的纤维和薄膜。此项研究为功能性亚纳米线器件的设计和构筑奠定了基础。

论文信息:

Polyoxometalates Facilitating Synthesis of Subnanometer Nanowires  

Simin Zhang, Qichen Lu, Biao Yu, Xijun Cheng, Jing Zhuang, and Xun Wang  

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202100703