主题：通向合成复合氧化物单晶纳米材料的新途径

山东大学的刘宏教授, 重庆大学的胡陈果教授和中国国家纳米科学中心海外主任, 北京大学工学院先进材料和纳米技术系主任王中林教授近日合作研究中共同发明了一种合成复合氧化物单晶纳米材料的新方法: 复合氢氧化物溶剂法。该研究是他们共同合作在美国佐治亚理工学院王中林教授的实验室完成的. 他们的方法以熔融的混合碱作为合成介质，以价格低廉的无机盐和氧化物为合成原料，在低于200^oC的温度下和常压下进行溶液反应，合成了多种应用于铁电、铁磁、巨磁阻、压电，燃料电池及半导体的复合氧化物一维和零维单晶纳米材料，为研究功能性氧化物的纳米级科学和技术开辟了一条具有重大商业应用前景的新方向。他们的研究成果将发表在近期在纳米通讯<<Nano Letters>>和物理化学<<J. Physical Chemistry B>>上, 并申请了发明专利。该工作得到了国家留学基金、重庆大学留学基金和国家自然科学基金, 佐治亚理工学院以及美国自然基金会的资助。

复合氧化物因为具有单一氧化物不具备的一些重要特性而受到广泛关注。然而，由于其结构和成分的复杂性，难以用一般的纳米材料合成方法来合成。目前为止，有限的几种复合氧化物纳米材料可以用水热法，有机金属化合物为原料的化学合成法及采用有机高分子作为模板或表面活性剂来进行合成。

刘宏, 胡陈果和王中林发明的方法的基本原理是：将固体氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂三种中的两种或三种按照一定比例配合作为合成反应的溶剂，以降低其熔融温度。复合氧化物AxByOz的A位元素以无机盐的形式引入，B位元素采用氧化物的形式引入。将反应物加入混合碱中，在大气常压下，经加热融化及保温反应后在熔液中形成单晶纳米材料。由于不同材料的结晶习性不同，单晶纳米材料发育成纳米带或纳米立方体。在合成过程中，熔融的混合碱既起到溶剂的作用，又参与合成反应，却不最后进入产物。这种合成方法为一步合成法, 并具有以下优点。因为避免了高温和高压，合成过程中控制参数较少，更容易实现工业化控制和批量生产；所采用的原料为廉价的化学原料，合成成本较低；合成过程中，纳米材料在熔液中自由发育，所得到的单晶纳米材料一般具有规则的外形；在合成过程中没有引入表面活性剂或模板剂，纳米材料的表面洁净，适合对其进行本征性能的研究，同时也容易进行表面改性。这一合成方法具有一定的普适性，适合多种复合氧化物单晶纳米材料的合成。通过更改反应物，这种方法也可以得到单一氧化物和氢氧化物单晶纳米材料。这一研究成果创立了一种全新的纳米材料的合成方法，将对纳米材料的研究和应用起到重要的推动作用。

王中林教授的课题组多年来一直从事单一氧化物纳米带的研究特别是氧化锌纳米结构和器件, 例如纳米带, 单晶纳米环, 单晶纳米弹簧, 超结构纳米螺旋和纳米发电机等。王教授认为该合成方法的发明，标志着一维纳米材料(纳米线, 纳米带, 纳米棒)的研究将从简单的氧化物转向复杂的多功能的氧化物, 它开辟了纳米材料和科学研究以及应用的新篇章。

详细结果可以参考: http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang

图解: 复合氢氧化物溶剂法在低温常压下合成的应用于铁电、铁磁、巨磁阻、压电和燃料电池的复合氧化物一维和零维单晶纳米材料: BaTiO₃; BaTi_xMn_1-xO₃, BaCeO₃ 和Pb₂V₂O₇.