过程工程所无机多壳层空心结构的研究获重要进展

多壳层空心球由于具有很大的内部空间及厚度在纳米尺度范围内的壳层，在气敏、催化、药物输送等领域有广泛的应用前景。在国家自然科学基金、北京市自然科学基金和多相复杂系统重点实验室基金等的支持下，王丹研究员领导的课题组发展了一种制备金属氧化物多壳层空心球的普适方法——“时空多尺度模板法”。该方法以吸附了金属离子的碳球为起点，通过调控碳球模板的氧化收缩速度以及无机纳米粒子的聚集结晶速度，利用碳球在氧化收缩过程中的多次模板作用来制备壳层层数、厚度、尺寸和组成等可控的空心球，实现了金属氧化物多壳层空心球的简单一步合成。由于多壳层空心球独特的传输性能，表现出了不同于传统材料的优良的气敏性能：空心球对乙醇气体的灵敏度并不随着比表面积的增加而增加，而是随着空心球壳层数的增加而增加。相关研究结果发表在国际著名杂志《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 2738-2741）上。

多壳层空心球的TEM照片和线扫描图谱：a) a-Fe2O3, b) NiO, c) NiO, d) Co3O4，e) CuO, f) ZnO, g) ZnFe2O4, h) ZnO@ ZnFe2O4

此外，近年来课题组围绕“介观结构的设计及其对物质传输的调控与物性增强作用研究”这一课题，将光子晶体硬模板和表面活性剂软模板相结合，制备了具有优良光催化性能的多级有序TiO2薄膜（ACS Nano, 2011, 5(1), 590-596）；利用高分子单体在紫外光诱导聚合时发生的自组装，制备了具有优良气敏性能的双介孔氧化铁微球（Small, 2011, 7(1), 578-582）；利用硬模板法，在限域空间内实现了纳米粒子的组装，制备的氧化铟纳米线阵列对甲醛具有很高的灵敏度（Chem. Mater., 2010, 22(10), 3033-3042）。

基金资助：21031005, 21006116, 20971125, 2082022