纳米材料(硫化镍)的合成简介

乙醇胺-水体系下控制合成硫化镍微纳米晶体

引言

在过去的几十年里，人们普遍认为纳米材料的性质在很大程度上取决于它们的尺寸、形貌和维度，人们合成出了很多有着不同结构和形貌的纳米材料，并对它们进行了研究[1-12]，发现它们在很多领域有着巨大的应用潜力，如：具有海胆状结构和花状结构的纳米材料可以应用在催化领域，因为它们的表面积通常较大[3]；具有笼状结构和空心球结构的纳米材料可以用来控制药物的释放，起到保护生物活性剂的作用，如蛋白质、DNA等[13，14]；而像NiO这种具有片状结构的材料则可用作锂离子电池的电极，因为它们有高的容量和优良的循环利用能力[15]。

硫化镍是一种层状结构[16]，在很多方面都有应用的潜力，如导电性能、顺磁性-反铁磁性相转化材料、氢化催化剂、太阳能电池等[17]。至今，人们发展了很多合成不同形貌的硫化镍微纳米晶体的方法。为了得到高度有序的结构，人们通常选择模板辅助法，通过改变模板的结构，来调整纳米材料的形貌和尺寸。如Wang等以AAO为软模板通过方向渗透自我组装法得到了NiS纳米管[18]。有机capping试剂也被用来调整纳米晶体的结构，它们通常在降低纳米晶体的活性方面起着关键的作用，例如类似PVP、PVA、PEG等，被用来合成NiS的复杂结构[19]。此外，单一的前驱体能够得到单分散性的纳米材料。如GHezelbash等人用在辛酸中的硫醇镍盐的热分解，制得了有机物单层覆盖的NiS纳米棒和纳米三棱柱结构[20]。有趣的是，人们通过以镍片为基底来生长纳米材料的这种方法，得到了各种形貌的硫化镍，如具有分级结构的枝晶、纳米棒、纳米带、纳米须状物结构及海绵状结构等[21]。值得注意的是，“软化学”模板法的反应条件简单，所需的设备也比较单一，在制备纳米材料方面是一种很有潜力的方法。迄今为止，人们用水热或溶剂热法制备了诸如卷曲层状的、海胆状的及花状的硫化镍[22]。

生物分子，是人类生命的基石，有着特殊的结构和令人感兴趣的自组装官能团。因此，它们常被人们用来作结构导向剂或者反应物。例如，Alivisatos小组就论证了DNA在纳米颗粒自组装成2D或者3D结构的过程中是非常有用的[63,64]。Komarneni等人用谷胱甘肽结构导向剂和硫源用微波辐射法合成出雪花状的Bi2S3[65]。淀粉也可以用作还原剂和结构导向剂来制备硒纳米线[66]。最近，谢毅课题组用L-半胱氨酸作生物分子辅助剂制备出花状的Bi2S3[65]，多孔海绵状的Ni3S2[67]及网状结构的MnS等纳米结构[68]。我们课题组也用L-半

胱氨酸合成出了Sb2S3的纳米线[69]，CdS纳米球[70]和PbS的花状结构[71]。

综上所述，可以看出，利用生物分子做结构导向的生物分子辅助法在制备各种纳米材料方面是一种新颖的、环境友好的、有前景的方法，因为生物分子在形貌控制方面有着优于其它试剂的简单之处，另外，它们往往有强结构导向的官能团。我们经过研究发现，L-蛋氨酸含有几个官能团，这些官能团的存在会引起相类似的形貌选择，晶体的定向成核及结构调整效应。因此，在本章中，我们提出一种在水和乙醇胺的二元混合溶剂中，用L-蛋氨酸分子辅助法来控制合成Ni3S2和ZnS的微纳米材料。以硫化镍为例，通过控制原料摩尔比，控制合成了不同晶体结构的硫化镍材料；通过控制混合溶剂的体积比，制备了不同形貌的硫化镍材料。实验表明，通过我们提出的这种方法所制备的具有不同晶体结构和形貌的硫化镍材料不仅可以扩展硫化镍材料的应用领域而且对探索它们的结构性质和形貌性质之间的关系提供了一定的帮助。