浙江大学JACS：单分散纳米晶体的基本生长通道的定量鉴定

【引言】

近20年来，高质量纳米晶体的合成化学研究取得了很大进展。胶体纳米晶体的独特尺寸依赖性是理解结晶的便利探针。结晶从纳米级开始。在文献中，记录了高质量纳米晶体的几种生长机制，包括“尺寸分布的聚焦”、取向和非取向附着、“尺寸分布的自聚焦”等。虽然这些机制中的每一个都被某些实验结果所支持，但尚不清楚它们中的一个是否能提供高质量纳米晶体的合成的图像。

【成果简介】

近日，浙江大学彭笑刚和方群（共同通讯作者）课题组在JACS上发表了题为“Quantitative Identification of Basic Growth Channels for Formation of Monodisperse Nanocrystals” 的文章。研究人员开发了自动化微反应器系统被开发并应用于单分散CdS纳米晶体的合成，其与液相傅里叶变换红外和UV-vis测量相结合，分别测定前体转化率和纳米晶体的尺寸/浓度，具有高重现性（< 1％）和适当的时间分辨率（<1秒）。与最接受的形成单分散纳米晶体的模型不同，一次成核随后通过直接结合由前体转化的单体而生长所有核，所有三个基本通道被发现在单分散CdS纳米晶体生长过程中共存。虽然新理论和实验方法被用于研究单分散纳米晶体的生长，但它们可以扩展为提供形成胶体纳米晶体的完整动力学图像。

【图文导读】

图1 三种基本反应通道及其计算方法的示意图。

图2 微反应合成系统的示意图。

图3 单分散纳米晶生长阶段的时间窗。

（a）CdS纳米晶体在典型反应中的紫外 - 可见光谱的时间演变；

（b）各种反应条件下[M]总量的时间演变；

（c，d）在各种反应条件下[NC]和[M] NC / [M]总的时间演变；

图4 在生长时间窗口中，不同比例的镉与硫（左）和油酸浓度（右）的[M]总计 - VNC和[NC] - ln（VNC）的拟合曲线。

图5 组I（左）和组II（右）中三个代表性反应的三个通道比的时间演变，其中实验误差为三个代表性反应。

【小结】

本文开发了与大多数采用的Sugimoto模型不同，用于理解单分散胶体颗粒的生长，以常规纳米晶体或簇的形式存储生长被证明是常见的单分散CdS纳米晶体的生长。通过关注单分散纳米晶体的生长阶段，通过溶解规则纳米晶体的“尺寸分布的聚焦”，“尺寸分布的自聚焦”和通过溶解的“尺寸分布的自聚焦”三种公知的生长机制这些团簇都被认为是形成单分散CdS纳米晶体的有效反应通道。每个通道的贡献随着反应条件的变化而变化，并且在通常应用的反应条件下它们都不占主导地位。这些基本通道的定量识别依赖于理论和实验。理论上，基于质量守恒的通用模型可以包括高质量纳米晶体生长中的所有关键变量，并提供简单而定量的方法来识别每个可能的通道的贡献。实验上，微反应器系统允许定量，时间分辨，可重现，但方便地确定关键实验参数，特别是在生长阶段规则纳米晶体的前体转化和尺寸/浓度。如果实验技术可以确定系统的尺寸分布，这里报告的理论和实验方法可以扩展到没有单分散尺寸分布的纳米晶体系统。沿着这个方向的这项工作和未来的努力将为理解单分散纳米晶体的形成，设计用于胶体纳米晶体的合成化学以及建立一般的结晶总体框架打开一扇新的大门。

文献链接：Quantitative Identification of Basic Growth Channels for Formation of Monodisperse Nanocrystals（JACS，2018，DOI: 10.1021/jacs.8b01296）

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