四 分子有序组合体与纳米材料

表面活性剂具有极性和非极性两类基团。在水溶液中表面活性剂分子的极性头朝向水,非极性尾相互缔合而形成各种定向排列,可形成单层或多层闭合膜,如胶束、囊泡及微乳等。这类定向排列的分子聚集体现称为分子有序组合体,其大小为纳米量级。

胶束、囊泡及微乳是一种间隔化液体,由双亲分子将连续介质分割成的微小空间,大小在几纳米至一百纳米,有序组合体的形状有球形、圆柱型或层状等不同形状,可控制改变,从而为合成特定形状的纳米微粒提供了可能。通过改变双亲分子膜的结构及性能来调变纳米反应器的功能,实现不同的反应。因此,这类有序组合体已成为空间限定、形状、大小及功能可调变的反应介质,这为制备形状特殊、分散单一的超细微粒提供了可能。正是由于这一优势使胶化中这些古老领域获得了新的动力,成为 1988 和 1991 年两次国际会议的重要议题。分子有序组合体可作为仿生物膜的模型。这些体系中的沉淀、结晶和反应将会有助于理解生物的成矿作用,也开拓了制备纳米材料新途径。

PtCl3、PdCl3、IrCl3 和 RhCl3 等盐溶在离子表面活性剂所形成的微乳 CATB/Octane/Water 中,或在非离子表面活性剂形成的微乳C12EO6/alkane/water 中,经还原制得了 3—5nm 超细铂、钯、铱及铑等金属粒子,并在催化剂中找到了应用,具有高催化活性的单分散的硼氢化铁和硼氢化镍已用类似方法在胶束介质中制得。

将含有 NaCl 和 AgNO3 的 AOT/heptane/water 的胶束混合,迅速反应

生成 6nm 大小的 AgCl 微晶,已用 X 射线衍射和 X 射线小角散射对其结构作了研究。在 Sorbitanmonooleate/2-ethylhexanal/water w/O 微乳中制得了 Fe2O3 粒子,研究揭示了可通过微乳的组成来改变α-Fe2O3 与γ-

Fe2O3 的形貌与比例。

半导体胶体粒子有优异的性质,引起了物理学家和材料学家的浓厚兴趣。如何制备稳定、大小单一的纳米半导体胶粒是对纳米技术的挑战。部分困难已由将半导体胶体掺入高分子膜或多孔玻璃而克服。在表面活性剂的有序介质中产生稳定的大小可控的半导体胶粒已取得有意义的进展。

将 CdCl2 或 Cd(NO3)2 加入 AOT/Isooct/water 胶束介质中,再定量控制通入 H2S 气体,可得 5nm 直径的 CdS 粒子,与胶束相比,囊泡对半导体胶粒的形成具有更强的有序化能力,也将提供更好的稳定性。在囊

泡原位制得了 CdS、ZnS 等微粒,利用膦脂双层 LB 膜已制得 ZnS、PbS、CdS、CuS、Cu2S、Hg2S 和 In2S3 等半导体粒子。

Mann 等已用铁朊蛋白空腔来合成无机材料,24 个多肽形成直径 8— 9nm 的铁朊蛋白空腔,蛋白中原有的氧化铁与 H2S 气体反应生成 FeS,透射电镜表明形成的 FeS 是形貌不规则的微粒,平均直径 7.8nm,电子衍射证明为无定形 FeS。用同一蛋白还制得了无定形三氧化二锰微粒(约 7nm 大小)及铁和锰的氧化物的纳米混合物,认为是无定形氧化铁和氧化锰两相形成的层形结构。