[发明专利]一种胶体轴向超晶格纳米线异质结构及其普适性的制备方法

说明书

本发明提供了一种超晶格纳米线，所述超晶格纳米线包括硫化物超晶格纳米线；所述硫化物包括ZnS和其他硫化物；所述其他硫化物包括CdS、Cu_1.8S、Ag₂S、M_xS_y或CuXS₂；其中，M包括Co、Ni、Pb或Hg；X包括In或Sn。本发明可对组分、尺寸、晶相、界面和周期性进行精确控制，得到具有清晰异质界面的轴向超晶格纳米线。本发明利用设计的参数可调的纳米框架，通过操控其在阳离子交换反应中的热力学和动力学过程，实现纳米框架内特定组分的选择性化学转化，由此建立了超晶格纳米线的轴向编码方法，可按需将纳米单元编辑成原子尺度精准的超晶格异质结构，为其在高效光电和光化学转化方面的应用提供了一条新的途径。

技术领域

本发明属于超晶格纳米线异质结构技术领域，涉及一种超晶格纳米线及其制备方法，尤其涉及一种胶体轴向超晶格纳米线异质结构及其普适性的制备方法。

背景技术

在过去的数十年间纳米材料与技术己取得了突飞猛进的发展，一系列低维纳米材料被开发出来并在电子学、光电子学、能源、环境及生物医药等领域展现出了广泛的应用前景。其中，一维(1D)纳米线及其异质结构已成为功能性纳米材料与器件的重要构筑单元。据美国《化学评论》(ChemicalReview，2016年45期3781-3810页)报道，相比于零维和二维纳米材料，一维纳米线表现出了独特的优势，例如其对电荷载流子、光子和声子的限域效应导致尺寸可调的电子能带结构、一维波导光学模和一维声子色散特性等。然而，单一组分纳米线的调控空间通常较小，难以满足复杂多变的应用环境。相比下，多组分异质纳米线具有更加明显的优势。

将不同组分和物相的材料沿纳米线轴向进行分段堆垛，能够形成轴向超晶格纳米线，可为实现高效光电和光化学转化提供优异的材料平台。现有的纳米线异质结构通常采用衬底生长方法，而衬底生长方法存在一定的缺陷，而且不适于工业放大。相比衬底生长方法，溶液相合成的纳米线异质结构具有更高的比表面积和放大生产的可能性。然而，当前溶液相可控合成轴向超晶格纳米线仍十分具有挑战。据美国《化学评论》(ChemicalReview，2016年116期10888-10933页)报道，尽管利用溶液-液-固相(SLS)和溶液-固-固相(SSS)生长策略可用于合成轴向超晶格纳米线，但这些方法通用性较差，难以找到适合于多种材料生长的催化剂和反应体系。另外，据美国《科学》(Science，2009年326期1247-1250页)报道，催化剂端点通常存在“残留效应”，极大地限制了界面清晰的异质结构的形成。而阳离子交换反应虽然可以实现界面清晰的轴向结构，但对每段材料的间距与数量仍无法控常。

因而，至今为止，可控合成具有清晰界面的轴向超晶格纳米线仍然是十分具有挑战，这也进而阻碍了我们对材料构效关系的深入解析，也成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种超晶格纳米线及其制备方法，特别是一种胶体轴向超晶格纳米线异质结构。本发明提供的超晶格纳米线，可按需将纳米单元编辑成原子尺度精准的超晶格异质结构，为其在高效光电和光化学转化方面的应用提供了一条新的途径；而且制备方法合成步骤简单，条件温和，适合于大规模生产推广和应用。

本发明提供了一种超晶格纳米线，所述超晶格纳米线包括硫化物超晶格纳米线；

所述硫化物包括ZnS和其他硫化物；

所述其他硫化物包括CdS、Cu_1.8S、Ag₂S、M_xS_y或CuXS₂；

其中，M包括Co、Ni、Pb或Hg；

X包括In或Sn；

x为1～3的整数；y为1～4的整数。