吳凱

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

由于氧化物納米材料具有較大的比表面積和表面活性，因此被廣泛地應(yīng)用于催化、能源儲存、納米器件等各種領(lǐng)域。人們通過各種不同的合成技術(shù)手段，實現(xiàn)對氧化物納米材料表面形貌進行調(diào)控，進而獲得具有優(yōu)異性能的納米材料。在各種納米材料合成手段中，可控性自組裝技術(shù)是一種有效調(diào)控納米材料尺寸及形貌特征的方法，在納米材料的合成以及制備方面具有較大的應(yīng)用潛力1。納米顆粒的自組裝過程及其自組裝的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，常常受到納米顆粒之間的范德華力、氫鍵、靜電力、疏水性、偶極矩等相互作用的影響2-5。

原位研究納米顆粒的自組裝過程，有助于人們更好地了解納米材料自組裝的驅(qū)動力及其原理，從而為改進實驗工藝提供理論技術(shù)指導(dǎo)。然而，由于納米顆粒的自組裝過程往往發(fā)生在液體之中，用常規(guī)的透射電鏡無法進行觀察研究。因而，需要通過在透射電鏡內(nèi)搭建液體腔室的技術(shù)，實現(xiàn)在微觀尺度下觀察研究液體環(huán)境中納米材料的結(jié)構(gòu)演變及自組裝過程等6-8。鑒于此研究領(lǐng)域的重要性，北京工業(yè)大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)與性能研究所隋曼齡研究組的趙喆、盧岳、張振華等人利用液體環(huán)境透射電子顯微鏡，原位觀察了四氧化三鈷納米棒在水中的自組裝過程。

該工作已在物理化學(xué)學(xué)報上在線發(fā)表(doi:10.3866/PKU.WHXB201806012)8。該工作通過電子束輻照改變水溶液的介電常數(shù)，從而導(dǎo)致水的導(dǎo)電性增強，進而利用液體環(huán)境透射電子顯微鏡觀察四氧化三鈷納米棒之間產(chǎn)生相對運動，以及自組裝成納米棒的生長動力學(xué)進程。同時，他們發(fā)現(xiàn)四氧化三鈷納米棒的晶面存在互補式自組裝現(xiàn)象：隨著納米棒之間的距離逐漸接近，納米棒之間的相對運動速率逐漸增加，納米棒之間的相互作用力也逐漸增強。通過對四氧化三鈷納米棒進行形貌特征表征以及所暴露的晶面分析，他們認為四氧化三鈷納米棒表面的極性晶面電荷補償不完全9，表面剩余電荷的極性對納米棒之間的自組裝起到了決定性的影響。希望本文能夠為了解氧化物納米材料的自組裝現(xiàn)象提供認識和幫助。