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非氧化物納米材料的溶劑熱合成
非氧化物納米材料的制備方法傳統上都是由金屬和非金屬單質或氫化物高溫反應制得。
目前，上已發(fā)展了自蔓延高溫合成技術、高溫固相置換反應、金屬有機化合物熱分解、水熱合成等方法，但前兩種方法所得的產物往往含有雜質，第三種方法因有些金屬有機化臺物難以合成且價格較貴，限制了其應用；第四種方法能用于制備氧化物和低價硫化物等，但在制備氮化物、磷化物等非氧化物時，由于反應物對水敏感而無法使用。
中國科技大學納米化學和納米材料實驗室發(fā)展了溶劑熱合成技術，設計和選擇了多種新的化學反應，在較低的溫度下實現了多種磷化物、砷化物、硒化物、碲化物和碳化物等納米非氧化物材料的制備。其基本原理與水熱合成類似，只是以有機溶劑代替水作為媒介，在密封體系中實現化學反應。
1、ⅢV族納米材料的溶劑熱合成
隨著高速集成電路、微波和毫米波器件、量子阱器件及光電集成電路向微型化方向發(fā)展，對材料的納米化提出了要求。納米半導體粒子隨粒徑減小，量子效應逐漸增大，其光學性質因而受到很大影響。理論計算表明，ⅢV族化合物半導體納米材料的量子尺寸效應比ⅡⅥ族化合物更為顯著。但由于制備上的困難，ⅢV族化臺物半導體的物性研究受到很大的局限。如傳統上制備InAs需要很高的溫度，或引入復雜的金屬有機前驅物，所需反應條件苛刻，往往需要無水無氧系統，這一切都使得制備操作過程復雜化，大大限制了ⅢV族半導體的大規(guī)模商業(yè)化生產，而且高溫下難以獲得納米材料。這就使得尋求新的低溫液相制備ⅢV化臺物半導體納米材料的方法成為必要。
1996年，我們J成功地在300度以下以GaCI3和N為原料苯熱合成制得納米氮化鎵。“文章報道了兩個激動人心的研究成果：在非常低的溫度下苯熱制備了結晶CaN；觀察到以前只在超高壓下才出現的亞穩(wěn)的立方巖鹽相，從此溶液熱合成技術將可能因此發(fā)展成為重要的固體合成技術，而發(fā)展產生亞穩(wěn)態(tài)固體結構的方法是當今極其重要的研究領域。”至今這篇文章已被引用45次。
我們還成功地在甲苯中150度溫度下以金屬鈉共還原Incb和Ascb制得h，用低溫的砷源制備砷化銦是十分重要的。各種砷源的毒性依次為As(R=H，Me，CI，ere．)>A呂203(As(Ⅲ))>(RAsO)>A呂2(AS(V))>AsO(OH)(n=1，2)>RAs>As(0)，可見單質As在所有砷源中毒性zui小，于是我們建立了一種新的方法，用單質As作原料，在KBII|的存在下，成功地獲得了粒度分布窄、顆粒均勻的hA8納米晶。
2、金剛石及硅化物、氮化物的中溫溶劑熱合成提到金剛石的人工合成，人們首先會想到已有幾十年歷史的石墨高溫高壓相變合成金剛石的方法。自80年代以來，如何在各種化學氣相沉積(CVD)條件下低壓生長出人造金剛石成為世界范圍的熱點之一。1988年，美國和蘇聯報道了一種新的用爆炸制備金剛石粉的方法。該法利用產生的游離碳轉變?yōu)榻饎偸?，但粉的質量有待提高。我們以廉價的四氯化碳和金屬鈉為原料，在700~C下制得了金剮石，x射線和Haman光譜驗證了金剛石的存在。被美國《化學與工程新聞》評價為“稻草變黃金”，并被評為國家教育部1998年度科技新聞，在國家自然科學基金委員會1998年年報“科學基金項目巡禮”一欄中報道。類金剛石型氮化物陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高化學穩(wěn)定性和抗熱震性，是頗有前途的高溫結構材料。我們在溶劑熱合成條件下，發(fā)展了一條新的還原．氮化合成路線——以s~cl,和NaN3為原料，在670~C的低溫(比傳統溫度低于500度以上)和450個太氣壓下制備出晶態(tài)M，另一種還原．碳化路線則用SiC&和活性炭為si和C源，用金屬Na為還原劑，在600~C下成功地制得納米SiC，以類似的路線制得了納米TiC。
3、金屬硫屬化合物納米材料的溶劑熱合成和室溫合成硫屬化合物是重要的光電半導體材料，其中多元硫屬化合物在許多領域如光發(fā)射二極管、光電池、非線性光學材料等領域都有潛在的應用前景。在溶劑熱合成條件下，我們設計了多種反應路線，用以制備各種金屬硫屬化合物，特別是在相對低的溫度下將溶劑熱合成拓展到實現多元化合物的制備，成功地制得了多系列多元硫屬化合物。如cI1F，cd，AgB，Cu3ⅨS，C．SbS~，A＆sbS，FeIn2sI，A蜀cu等礦物半導體和I一Ⅲ一Ⅵ族三元硫化物AgMS~(M=C,a，In)，A凸，CoC．，Ag焉等系列。
4、一維納米材料的溶劑熱合成控制生長一維半導體納米材料如納米棒(或納米線)、納米管等具有特殊的機械、電學、光學、磁學性能，而且理論上這些性能可由它們的直徑和對稱性的變化來調節(jié)，在介觀研究和納米器件等方而顯示了很強的潛力。目前對一維納米材料的研究主要集中在碳納米管和各種化合物納米線。我們工作的特色是在溶劑熱合成條件下，通過溶劑和絡合劑的選擇，控制所生成的納米材料的尺寸和形貌，成功地獲得多種一維、準一維的非氧化物納米材料。其中用溶劑液相分子模板自組裝取向生長技術，制成CdE(E=S，Se，Te)納米線的工作，文章被選為47篇高引用的文章之一。
此外，我們在高壓釜中400度溫度下用金屬鈉還原SiC&和COl,制成一維SiC納米棒的工作。審稿人作了這樣的評價：“SiC是非常重要的材料，這篇文章報道了一個新的、非常有趣的合成方法??將促進該領域更深人的工作”。另外我們還設計了一種新的化學合成路線——“化學剪刀法”，通過溶劑的選擇“剪去”單分子前驅物中“無用的”基團，并利用溶劑分子模板實現取向生長，成功地獲得了具有量子尺寸效應的cds納米線，文章發(fā)表在．com∞n．上。我們還設計了各種反應路線，盡可能地降低反應溫度，以至于室溫和近室溫，其中Ⅺ強‘還原法成功地在室溫下制得cdse、Pbse等系列硫屬化物納米線。