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[交流] 【综合其他】纳米颗粒的斗转星移

纳米颗粒的斗转星移
刘谦的魔术千变万化，看的人目瞪口呆。见证奇迹的时刻也成为流行语。大家可能还沉浸在央视元宵晚会的魔术《斗转星移》中，其实不仅刘谦会，魔力的纳米材料也会斗转星移。
斗转星移一：实空转变
实心的Co纳米颗粒加入单质Se后，见证奇迹的时候到了，实心的纳米颗粒随着时间的流逝，慢慢地变成了空心结构。此魔术是Yin Yadong等科学家04年时的杰作，著名的杂志Scinence进行了详尽的报道。【1】

除了纳米颗粒，接着再介绍一个实心纳米线转变成纳米管的“魔术”。首先用VLS法制备ZnO纳米线，实心的，有假包换，接着再沉积一层Al2O3，形成ZnO-Al2O3核壳纳米线。将核壳结构的纳米线在700℃下退火3小时，接着来是见证奇迹的时刻，实心的纳米线变成了空心的ZnAl2O4纳米管。掌声鼓励一下。此工作也被Nature子期刊Nature Materials06年进行报道。【2】

再来一个实空转变的魔术。铁氧体很重要，在纳米尺寸，受量子效应的影响，室温展现超顺磁的性质，在磁热疗，磁分离，磁运输和核磁共振成像等生物医药领域有重要应用。合成铁氧化物的方法有很多，常见方法之一是高温裂解法，使用十六胺和TOPO做表面活性剂，制备出来的四氧化三铁，非常的神奇。这样的实心颗粒，打入一束电子束，实心的颗粒会马上变成空心的颗粒。【3】

斗转星移二：实银空金
斗转星移一的几个“魔术”是在非常温下“表演”的，其实室温的也有。实心的银纳米结构会变化成相应的金空心纳米结构。这系列魔术的创造者主要是夏幼南的团队。【4】
下图是格式形状的银纳米颗粒，有纳米球（nanosphere），纳米棒(nanorod)，纳米线(nanowire)，纳米立方体(nanocube)，纳米三角盘子(triangular nanopalte)。

当加入HAuCl4溶液，见证奇迹的时候到了。实心的银纳米颗粒将慢慢消失，取而代之的是各种形状的金纳米空心结构。

斗转星移三：千变万化的CdS等纳米颗粒
如果再是实空转变，就太没有创新了。纳米界也有“变色龙”。这不，看看Alivisatos课题组展现CdS的千变万化吧。
CdSe的纳米颗粒很好看，人们给与其一个美称“量子点”，量子效应给与她一个多变的外表：不同的尺寸，其颜色也不一样，荧光可以涵盖整个可见光区，在生物荧光成像上有重要应用。其实她的多变不仅是内在原因造成的，外面的世界对其影响也很大。当加入Ag离子。见证奇迹的时刻到了，荧光慢慢不见了，再加入Cd离子时，荧光又能复现。【5】

当CdSe纳米颗粒变成CdS纳米棒时，变化更精彩。在较低的温度下，原本棒状的结构会由于Ag离子的加入，转变成节状结构。【6】

当加入的不是Ag离子，而是Cu离子，形成的不是节状结构，而是二分结构。【7】

斗转星移四：纳米金的穿墙术
纸币可能贬值，黄金就保险多了，难怪现在压岁钱都流行发金条啊。贵金属受热捧的原因之一就是其化学稳定性：常见铁生锈，没见谁的金首饰生锈的吧，除非是假冒伪劣商品。不过到了纳米尺寸，金就不是那么老实了。熔点低，表面等离子共振，催化活性变高等咱们今天不说，我们来看看人们最新发现其的新本领：穿墙术！
Banin等人先将InAs-Au杂化结构制备好，InAs是核，Au在InAs的表面，见下图A，当再加入HAuCl4时，Au会穿越到InAs纳米球的中间。【8】

穿越进入了，Jackie Ying还能让其钻出来。原本在Ag2S纳米球内部的纳米金，在溶液中陈化72小时，纳米金就钻出来。表面的金颗粒，不甘于分离，其还会熟化成一个颗粒。下图是更复杂的结构Pt-Au-Ag2S核壳结构中的纳米金的穿越过程示意图。【9】

现在很流行魔术的解密，以上的几个魔术的解密都在其相应的文章中都能找到。说到底，纳米尺度，原子都非常活跃，易于发生些体现不易发生的事情。其机理也与原子的活跃息息相关。斗转星移一主要是金属原子扩散的柯肯达尔效应造成的；斗转星移二是金属原子的置换氧化还原；斗转星移三是金属原子的交换；斗转星移四是原子的扩散。当然，更多的机理研究还在进行中。令人开心的是，这些“魔术”除了带来视觉的享受外，还是制备纳米材料新方法。
斗转星移的纳米颗粒，就如一座迷雾森林，期待更多的发现和解密。
参考文献：
【1】Yadong Yin, et al.Science.,2004, 304, 711 -714;
【2】Hongjin Fan et al., nature materials.,2006,627-631
【3】Andrew H. Latham et al., J. Am. Chem. Soc., 2006, 128 , 12632–12633
【4】Yugang Sun et al. Adv. Mater.,2003, 15, 641 –646
【5】Dong Hee Son et al, Science., 2004, 306, 1009-1012
【6】Richard Robinson et al. Science., 2007, 317,355-358
【7】Bryce Sadtler et al. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 5285–5293
【8】Taleb Mokari et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8001 –8005
【9】Jun Yang et al, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 , 2114–2115
本文引用地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=300791
本文关键词：
纳米魔术原子扩散

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