贵金属纳米团簇研究意义（金属纳米团簇发展前景）

本文目录一览：

• 1、贵金属纳米技术有啥好处？
• 2、纳米金是什么物质，对人的皮肤有什么作用？
• 3、纳米技术给我们生活带来什么
• 4、纳米材料是什么？有什么作用
• 5、什么是贵金属纳米材料
• 6、肖方兴JPCL：金属纳米团簇本征不稳定性调控实现光催化产氢

贵金属纳米技术有啥好处？

纳米贵金属催化原理，将有害气体分解成水及二氧化碳，无光线情况下亦可正常发挥作用。

纳米金是什么物质，对人的皮肤有什么作用？

纳米金指金的微小颗粒，直径为1到100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能在不影响生物活性的前提下与多种生物大分子结合。由氯金酸通过还原法可以方便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小而呈红色至紫色。

对人的皮肤作用：

1、纳米金粒活化纤维细胞，可以唤醒沉睡细胞，强化胶原与纤维的紧密度，修补疤痕、扶平皱纹、紧实肌肤，提高细胞组织活化，抗氧化及抗衰老，令肌肤自发性的展现韵律性规则的收缩。

2、通过按摩纳米金颗粒可以全面渗入皮肤真皮层，让肌肤保水能力倍增，产生更多的胶原蛋白对抗自由基，防止皮肤老化，使面部皮肤细纹减少，皮肤变得饱满紧实，充满弹性，从细胞到肌肤整个活化起来。

3、纳米金球体具有催化活性效果，可以快速全面穿透，渗入真皮网状层，形成弹性网膜，紧密连接，修护疲弱受损的细胞，活化纤维母细胞，改善肌肤弹性与张力，将弹力纤维与胶原蛋白纤维两者紧密结合，抚平皱纹，紧实肌肤，实现抗氧化、抗菌，解除各种肌肤问题，深层调理因皮脂病变所产生的问题。

扩展资料

我国科研人员在纳米金催化研究中取得重要进展

在国家自然科学基金项目（项目编号：21590792，91645203，21521091）等资助下， 清华大学化学系李隽课题组与美国西北太平洋国家实验室Chongmin Wang 和匹茨堡大学Scott X. Mao课题组合作，在纳米金催化领域中取得重要进展。

研究成果以纳米金催化一氧化碳氧化反应中的尺寸效应和动态结构变化为题，于2018年7月9日在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS，美国科学院院刊》）上发表。

自八十年代末发现纳米尺寸（2～5 nm）的金粒子具有低温催化活性以来，纳米金催化成为异相催化领域的里程碑之一。三十多年来，具有纳米尺寸的负载型金催化剂已经得到广泛的实验和理论研究，但其异常显著的“尺寸效应”仍然是一个难解之迷。

李隽课题组在多年开展的金团簇及其纳米粒子催化研究基础上，发现纳米金催化过程中存在反应条件下生成的动态单原子，因而提出了“动态单原子催化”的概念。

为揭示动态单原子催化的本质，通过利用环境电子透射显微镜和计算化学模拟的手段，首次揭示一氧化碳氧化反应中反应分子和金纳米颗粒的动态作用机理。研究发现，大的金颗粒（4 nm）在与一氧化碳分子作用时只发生表面重构，不破坏颗粒的整体结构；而较小的金颗粒（～2 nm）在与一氧化碳分子作用时，金颗粒的整体结构被破坏，变成无定形的动态结构。

计算模拟表明，对于较小的金颗粒,表面吸附了一氧化碳的金原子可以源源不断地把反应分子输送到载体和金颗粒的界面处，从而与吸附在界面的氧气分子发生反应，大大加快了反应速率。因此金催化的尺寸效应可以由纳米金颗粒在反应条件下能否生成金的动态单原子而得以解释。

上述发现提高了人们对传统纳米金催化剂尺寸效应的认识，研究中所提出的动态单原子催化的反应模式可以解释更多的金属纳米催化现象，对纳米催化剂的动态反应机理研究具有重要的指导意义。

参考资料来源：百度百科--纳米金

参考资料来源：百度百科--液态纳米金

参考资料来源：国家自然科学基金委员会--我国科研人在纳米金催化的尺寸效应研究中取得进展

纳米技术给我们生活带来什么

纳米的应用 在纳米生物材料研究中，目前研究的热点和已有较好基础及做出实质性成果的是药物纳米载体和纳米颗粒基因转移技术。这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治疗，因此，业界预测，药物和基因纳米载体材料将带来医学变革，药物纳米载体（纳米微粒药物输送）技术是纳米生物技术的重要发展方向之一。 纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。科技水平的不断进步，尤其是在电子行业这一朝阳产业，纳米技术得到了很大的发展，主要是集中在电子复合薄膜，利用超微粒子来改善膜材的电性、磁性和磁光特性，此外还有磁记录、纳米敏感材料等。随着人们生活水平的日益提高，及人们对环保的重视程度不断加强。空气质量与工业废水处理已成为城市的一个生活生存质量标志。纳米材料由于其特有的表面吸附特性, 使其在净化空气与工业废水处理方面有着很大的发展前景。纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。科技水平的不断进步，尤其是在电子行业这一朝阳产业，纳米技术得到了很大的发展，主要是集中在电子复合薄膜，利用超微粒子来改善膜材的电性、磁性和磁光特性，此外还有磁记录、纳米敏感材料等。随着人们生活水平的日益提高，及人们对环保的重视程度不断加强。空气质量与工业废水处理已成为城市的一个生活生存质量标志。纳米材料由于其特有的表面吸附特性, 使其在净化空气与工业废水处理方面有着很大的发展前景。 纳米材料是指由尺寸小于100nm(0.1-100nm)的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。 纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴辖穑 阉 龀纱笤?0—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 纳米产业发展趋势 （1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。 （2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。 (3)能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。 (4)纳米生物医药：这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。

纳米材料是什么？有什么作用

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势 纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。 纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒为7urn的pd，屈服应力比粗晶pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望， 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（nsf）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国darpa（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如 ogala计划、erato计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划，1997年，纳米科技投资1.28亿美元；德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划；英国政府出巨资资助纳米科技的研究；1997年西欧投资1.2亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从2.5亿美元增 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。 2国际动态和发展战略 1999年7月8日《自然》（400卷）发布重要消息 题为“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴 起”。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从2.5亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原1.97亿美元的资助强度提高到2.5亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道，美国政府决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此重视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过计算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道中还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月，美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功100urn芯片，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。 最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 3国内研究进展 我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。 目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达 92％，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常hall－petch效应。 近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mm 3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（crn）、磷化钴（cop）和硫化锑（sbs）纳米微晶，论文发表在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳（cc14）制成金刚石”一文，予以高度评价。 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，中科院上海硅酸盐研究所、南京大学、中科院固体物理所、中科院金属所、物理所、中国科技大学、清华大学和中科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的中坚力量。 在过去10年，我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料，研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导cvd、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置，发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法，研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来，根据国际纳米材料研究的发展趋势，建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。 综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，其中纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告中报道中国科技工作者发表论文已超过德国，在国际排名第三位，在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上，我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止，纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项，国家发明奖2项；院部级自然科学一、二等奖3项，发明一等奖3项，科技进步特等奖1项；申请专利 79项，其中发明专利占50％，已正式授权的发明专利6项，已实现成果转化的发明专利6项。 最近几年，我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文，引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇，影响因子在6以上的学术论文（phys．rev．lett，j．ain．chem．soc ．）近20篇，影响因子在3以上的31篇，被sci和ei收录的文章占整个发表论文的 59％。 1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对中国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。

4 纳米产业发展趋势

（1）信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，中国的信息产业创造了gdp5800亿人民币。纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。

（2）环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。

(3)能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。

(4)纳米生物医药：这是我国进入wto以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。

(5)纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但是很重要。据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少co2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。

(6)纳米技术对传统产业改造：对于中国来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展；其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，中国纺织要在进入wto后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好；第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好；第四是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。

1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪中国经济的腾飞奠定雄厚的基础。

对于纳米科技，科学的态度是积极参与，脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。

参考资料：;ID=31153

什么是贵金属纳米材料

贵金属指一些稀有昂贵的金属材料，如金、钌、铑、钯、铂等昂贵金属

纳米材料指材料在一维或者多维尺度上在纳米级别的材料，如纳米线、纳米颗粒等

贵金属纳米材料就是由这些贵金属组成的纳米材料，如纳米金颗粒、纳米铂线等

肖方兴JPCL：金属纳米团簇本征不稳定性调控实现光催化产氢

近期，美国化学会期刊 J. Phys. Chem. Lett. 在线发表了 福州大学肖方兴 教授在 金属纳米团簇本征不稳定性可控调制用于光催化产氢 上的研究成果。

1. 背景介绍

肖方兴教授课题组已经证实，金属纳米团簇的不稳定性主要源于其在光照下原位自转变为金属纳米晶，导致其光响应能力大幅下降。但，值得注意的是，金属纳米晶可作为界面肖特基型电荷传输媒介来调控载流子传输，促进电荷分离，这在一定程度上可弥补金属纳米团簇不稳定性造成的光敏化缺失。考虑到金属纳米晶可高效迁移电子，我们推测将金属纳米晶与助催化剂有效结合将发挥它们的协同增效，进一步加速界面电荷分离速率，促进光催化氧化还原反应效率。

基此，肖方兴教授课题组 利用金属纳米团簇本征不稳定性，在金属纳米团簇（Aux）和过渡金属硫族化合物（TMCs）界面上均匀插层超薄聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（PDDA）聚合物层，构筑空间级联结构电荷转输通道。 因此，TMCs基底激发出的光生电子可通过超薄PDDA中间过渡层高效地迁移至肖特基型金纳米粒子，加速了光生载流子的界面分离/迁移， 显著提高了可见光催化产氢性能 。相关研究结果发表在美国化学会期刊 JPCL 上。

2. 结果与讨论

A. 结构与形貌表征

Figure 1. (a) Schematic demonstration for construction of CdS@CdTe@PDDA@Aux heterostructures, (b) XRD patterns, (c) DRS results (d) FTIR spectra of (I) CdS NWs, (II) CC, (III) CC10P and (IV) CC10P0.08A, and (e) high-resolution Au 4f spectrum of (IV) CC10P0.08A.

通过静电自组装策略，精心设计了多层核壳结构，构建了单向级联电荷传输通道。如Figure 1a所示，首先通过阴离子交换反应，实现硫化镉纳米线（CdS NWs）向超薄碲化镉（CdTe）的部分自转变，生成CdS@CdTe核壳结构纳米线（CdS@CdTe NWs）。紧接着，超薄PDDA聚合物层封装CdS@CdTe核壳异质结构，使其表面带上正电荷。随后，在静电作用力驱动下，表面带负电荷谷胱甘肽包裹的金纳米团簇（Aux@GSH NCs）在CdS@CdTe 纳米线表面自组装沉积，生成CdS@CdTe@PDDA@Aux异质复合纳米线。如Figure 1c所示，超薄CdTe和PDDA包裹对CdS基底的光吸收性能没有影响，当Aux@GSH NCs负载在CdS@CdTe@PDDA上时，CdS@CdTe@PDDA@Aux复合材料的光吸收有所增加，这主要源于Aux@GSH NCs的光敏化效应。

Figure 2. FESEM images of (a) CdS NWs, (b) CC and (c) CC10P0.08A with schematic models in the insets. Low-magnified TEM and HRTEM images of (d g) CdS NWs, (e h) CC and (f i) CC10P0.08A, respectively. (j) FESEM image of CC10P0.08A with (k-o) elemental mapping results.

SEM图像表明超薄PDDA聚合物层包裹和Aux@GSH NCs负载对CdS@CdTe 纳米线基底形貌影响不大，这源于PDDA聚合物层超薄的厚度和金纳米团簇超小的尺寸（ Figure 2a-c ）。TEM图像表明超薄PDDA聚合物层均匀包裹在基底上，并且超小尺寸Aux@GSH NCs均匀地分布在CdS@CdTe 纳米线表面（ Figure 2d-i ）。TEM元素分布结果进一步证实了PDDA和Aux@GSH NCs在基底上的均匀负载（ Figure 2j-o ）。

B. 光催化分解水产氢性能研究

Figure 3. (a) Photocatalytic H2 evolution performances of CCxP (x=1, 5, 10, 20) nanocomposites with different amount of PDDA, (b) photoactivities of CdS NWs, CC, CC10P, CC10P0.08A, CC10P0.8A, C0.08A and CC0.08A, (c) photocatalytic H2evolution performances of CC10P0.08A utilizing different sacrificial reagents under visible light irradiation (λ420 nm), (d) photocatalytic H2 evolution performances of CC10P0.08A under varied light intensity, (e) S. T. H of CC10P0.08A under different monochromatic light irradiation, (f) cyclic photocatalytic H2 evolution performances of CC10P0.08A under continuous visible light irradiation (λ420 nm) for 10 h.

随后，对静电自组装构筑的多层核壳结构纳米线的光催化产氢性能进行了研究，以揭示超薄PDDA聚合物层和Aux@GSH NCs在界面电荷传输上的协同作用。如 Figure 3a-b 所示，通过系统摸索PDDA和金纳米团簇浓度的影响，确定了PDDA和Aux@GSH NCs的最佳浓度分别为10 mg/mL和0.08 mg/mL，即CC10P0.08A。CC10P0.08A表现出最佳的光催化活性，光催化产氢速率达到4.42 mmol g-1 h-1。这一结果表明，PDDA和Aux@GSH NCs在CC上的负载有利于提升CC10P0.08A的光催化活性。显然，C0.08A vs . CdS、CC0.08A vs . C0.08A和CC10P0.08A vs . CC0.08A光催化活性的提升，验证了Aux@GSH NCs负载、超薄CdTe层和PDDA包裹对CC10P0.08A光催化性能的提升是必不可少的。此外，不同空穴捕获剂对复合材料光催化活性的影响（ Figure 3c ）也得到了揭示，实验结果表明，乳酸对于本体系来说是最佳的空穴捕获剂。 Figure 3d 表明，CC10P0.08A光催化活性随着光强的增加而增加，表明本体系的产氢性能变化是由光驱动的。如 Figure 3f 所示，在不额外添加空穴捕获剂和水的情况下，CC10P0.08A经过五次循环反应显示出良好的光稳定性，而纯CdS基底在相同条件下，光稳定性则相当差，这证实了CdTe PDDA封装和Aux@GSH NCs负载在促进CdS光稳定性的协同作用。值得注意的是，在光催化反应中，Aux@GSH NCs向Au纳米晶发生了原位自转变，这可由CC10P0.08A在光催化反应前后的SEM和HRTEM数据对比可知（ Figure 4 ）。如 Figure 4b 所示，循环反应后，CC10P0.08A样品表面均匀负载着清晰可见的Au 纳米粒子，与原始CC10P0.08A形貌显著不同（ Figure 4a ）。此外，在循环反应后的CC10P0.08A HRTEM图像中（ Figure 4c-d ）观察到了纳米金（111）晶面的晶格条纹（0.235 nm），且Au 纳米粒子的尺寸大约在3 nm左右，大于Aux@GSH NCs（1.61 nm）。因此，以上结果证实了Aux@GSH NCs在光催化反应中原位自转化为金纳米粒子，构筑了连续电子传输通道，从而显著提升了光催化产氢性能和增强了光稳定性。

Figure 4. FESEM images of (a) pristine CC10P0.08A and (b) CC10P0.08A after cyclic reactions (10 h); (c) (d) HRTEM images of CC10P0.08A after cyclic reactions (10 h).

Figure 5. (a) Photocurrents, (b) EIS results under visible light irradiation (λ420 nm), (c) M-S, (d) OCVD (e) electron lifetime, and (f) PL results (λex=350 nm) of (I) CdS NWs, (II) CC, (III) CC10P and (IV) CC10P0.08A.

利用光电化学（PEC）分析手段 探索 了不同样品的界面电荷分离效率。如 Figure 5a 所示，CC10P0.08A与CdS NWs、CC和CC10P相比，光电流明显增强，表明CC10P0.08A具有最佳的载流子分离效率。此外，在可见光下， CC10P0.08A相对于CdS NWs、CC和CC10P半圆曲率半径最小，表明其具有最低的界面电荷迁移电阻（ Figure 5b ）。如 Figure 5d-e 所示，CC10P0.08A与CdS NWs、CC和CC10P相比，表现出最大的光电压和最长的电子寿命。因此，PEC结果证实CC10P0.08A光催化活性的提升，主要归于高效级联电荷传输通道的构筑，从而显著增强电荷分离效率。此外，与CdS NWs、CC和CC10P相比，CC10P0.08A的荧光强度最低（ Figure 5f ），进一步证明CdTe、PDDA和Aux@GSH NCs的协同作用使CC10P0.08A光生载流子分离效率最高，这与PEC结果一致。

C. 光催化机理研究

Scheme 1. Schematic illustration of the photocatalytic hydrogen generation mechanism of CdS@CdTe@PDDA@Aux nanocomposites.

为了揭示CdS@CdTe@PDDA@Aux的光催化产氢机理（ Scheme 1 ），该课题组精确测定了CdS和Aux@GSH NCs的能级位置。根据CdS的莫特肖特基曲线（M-S）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）结果，CdTe的XPS价带谱及Aux@GSH NCs的紫外-可见吸收光谱和循环伏安法（CV）结果可知，CdS导带（CB）位置比Aux@GSH NCs的LUMO位置更负。这表明，CdS激发的光生电子可自发地迁移至Aux@GSH NCs的LUMO。因此，根据以上实验结果，他们提出了一种可行的光催化机理（ Scheme 1 ）。具体地说，当CC10P0.08A异质结构纳米线被可见光照射时，CdS基底被光激发产生电子-空穴对载流子。光生电子从CdS的VB激发到CB，而空穴留在VB中。随后，CdS CB中的电子由于合适的能级位置而迅速迁移至CdTe层的CB。紧接着，超薄PDDA聚合物层作为高效电子传输媒介，加速CdTe层CB中的电子迅速传输至由Aux@GSH NCs原位自转变而成的Au 纳米粒子上，有效地加速了CdS向Au 纳米粒子单向电子迁移速率。同时，CdSVB中的空穴迁移至CdTe VB，被空穴捕获剂猝灭。因此，组分间强界面相互作用、有利的能级构型以及PDDA和Au 纳米粒子高效的电子迁移能力，协同促使了CC10P0.08A异质结构中单向级联电子传输通道的构筑。最终，电子与吸附在催化剂表面的质子反应实现光催化产氢。

3. 结论

综上所述，采用超薄PDDA聚合物层封装和Aux@GSH NCs原位自转变为Au 纳米粒子，加速了界面光生电荷分离/转移，协同提高了CdS@CdTe@PDDA@Aux的可见光催化产氢活性。本工作提出的界面调控策略，将为半导体上构筑定向电荷传输通道，实现光生载流子的高效分离提供宝贵思路。

Maneuvering Intrinsic Instability of Metal Nanoclusters for Boosted Solar-Powered Hydrogen Production

Xiao-Yan Fu, Zhi-Quan Wei, Shuai Xu, Xin Lin, Shuo Hou, Fang-Xing Xiao*

J. Phys. Chem. Lett. , 2020 , 11 , 9138–9143, DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02460

导师介绍

肖方兴