无机非碳质纳米线宏观自组装研究进展

无机非碳质纳米线宏观自组装研究进展

自组装化学是国际科学界的研究热点。通过纳米宏观自组装研究不仅可以创制新颖多功能宏观纳米材料，而且对揭示生命现象奥秘具有重要意义。无机非碳质纳米线普遍具有易于合成加工、大长径比、优异热稳定性和化学稳定性、并且功能丰富可调等特点，是环境修复、能量储存与转化、纳米电子学、生命健康等领域的热点材料。

利用宏观自组装技术，可以把无机纳米线加工成二维宏观纳米膜、三维宏观纳米组装体等结构新颖的功能材料，既能显著改善传统纳米粉体的使用性能，推进其实际应用进程，又能衍生出众多新颖的结构特点和新功能，拓展其应用领域。在汉斯出版社《材料化学前沿》期刊中，有论文综述了无机非碳质纳米线的在二维平面空间和三维立体空间中的宏观自组装方法、结构和性能，并总结纳米单元宏观自组装领域的主要挑战和发展前景。

无机非碳质纳米线种类繁多，通过自组装过程能形成自支撑宏观组装体的纳米线主要包括银纳米线、金纳米线、金属氧化物纳米线，金属氢氧化物纳米线、钒氧酸盐纳米线、钛酸盐纳米线等。其中二氧化钛具有无毒、廉价、高稳定性、优异光电化学活性等特点，是最受关注的光催化材料，广泛应用于水净化、空气净化、光解水产氢等领域；钛酸盐具有独特的层状结构特征，并且层间嵌入可交换阳离子，在离子交换、锂离子电池、高效催化材料等领域具有潜在应用前景。

纳米自组装研究一直是国际科学界的关注热点，本文综述了近年来无机非碳质纳米线宏观组装的研究进展，聚焦二维平面组装和三维立体空间组装的常见方法、组装体结构及其性能应用。二维平面组装发展成熟，几乎所有纳米线都可以通过二维组装形成大尺寸薄膜材料。与二维平面组装相比，纳米线的三维空间组装难度更大，现有文献报道较少。为了实现纳米线在生长的同时原位发生三维宏观自组装，该纳米线合成体系需要满足以下条件：

1)高产率大批量合成纳米线，以满足临界组装浓度要求。已报道的纳米线合成体系中，仅有少数几个体系能满足此要求，如钛酸盐、锰氧化物、铜纳米线、银纳米线等；

2)纳米线生长速率快、长径比大，且生长过程中不易沉降。已报道的组装体系选用的纳米线长度普遍在几百微米甚至到毫米级，并且纳米线生长周期短，且引入表面活性剂、气体等促进纳米线均匀分散。

3)纳米线间存在焊接点或者氢键作用，增强三维组装体结构稳定性。在已报道的组装体系中，纳米线晶体结构中普遍含有结晶水(如钛酸钠、锰氧化物等)，这为纳米线间氢键的形成提供结构基础。另外对于不含有结晶水的纳米线(铜纳米线、银纳米线、碳纳米纤维等)，在组装过程中往往形成焊接点结构，从而避免纳米线间的滑动，保持组装体稳定性。

文章来源：https://doi.org/10.12677/AMC.2021.91003