纳米化学——纳米材料的化学途径- 大数跨境

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纳米化学——纳米材料的化学途径

科学出版社

2014-08-04

导读：本书首次采用一种全面和综合的方式来阐述该领域广博的内涵、既成的影响以及巨大的潜力。在我看来，本书是目前关于纳

本书首次采用一种全面和综合的方式来阐述该领域广博的内涵、既成的影响以及巨大的潜力。在我看来，本书是目前关于纳米化学的最佳教科书。

——Chad A. Mirkin

纳米科技是由许多科学家的智慧和思考汇集形成的，人们不断探索如何从单个的原子和分子构筑宏观的材料和器件，如何推进化学合成和分子生物学革命性的进步，并发展出物理分析的工具，使我们得以在纳米尺度上以前所未有的灵活性和精密度来操纵物质。本图为单分子纳米结构，展示的是Geoff Ozin的肖像，借助蘸笔纳米印刷技术，在金衬底上以16-巯基棕榈酸分子制作。肖像由一万五千个100 nm大小的点构成。该结构由美国西北大学Mirkin研究组的研究生Andrew Senesi制备

很荣幸这本纳米化学教科书被翻译成了中文，在这里我兴奋地向中文版的读者问好。

早在10多年前，我开始构思并随后撰写了纳米化学方面的第一本教科书。我当时没有想到纳米化学的发展如此迅速，现在已经成为全世界广泛关注的研究领域，而这本教科书也获得了全球性的认可。

借此机会我想回忆一下整个历程。在20世纪60年代末，我在多伦多大学开启了研究生涯，在材料化学领域开始了探索，研究方向是用分子化学的方法来制备固态材料。虽然当时的研究前景不甚明朗，但是我提出了设想：如果大自然能够通过自下而上的自组装方式构建出神奇的材料，为什么材料化学家不能在实验室中借助纳米化学做同样的事情？

在随后的20多年中，我致力于研究如何从原子开始，逐步地构建和组织纳米尺度的材料，这些工作引领我深入到了一个尺度逐渐减小的材料世界。1992年春，在获得合成材料化学博士学位25年后，我在Advanced Materials发表了一篇论文：“Nanochemistry: Synthesis in Diminishing Dimensions（纳米化学：尺度逐渐减小的材料合成）”。这篇论文为纳米材料的革命打下了基础──直到今天这场革命仍在持续。在这篇论文中，我展望了纳米化学的新世界，描绘了这个领域中材料的零维点、一维线、二维层和三维开放骨架，还有令人惊奇的构造以及依赖于尺度和形状的令人震撼的性质。在论文中我还提出了一些基本概念和自下而上合成纳米材料的模式，描述了如何在纳米尺度上调控材料的尺度、形状、表面和自组装。
　　　

纳米材料的所有物理化学性质都与它们的体相材料有显著差别，比如在纳米尺度上，银粒子也不再是银白色的:（上）三棱柱形银纳米粒子溶液，边长从左到右由36 nm变化至71 nm，厚度均为10 nm。（下）三种不同的三棱柱形银纳米粒子的透射电子显微镜图像，显现出不等的边长。样品由Mirkin课题组的研究生Can Xue制备

就我所知纳米化学的潜力是令人惊叹的。通过有机和无机组分，纳米材料的制备甚至可以完美到最后一个原子，基于结构-性质的关联可以设计制造新的材料，形成新的性质并具有实际的用途。从1992年以来纳米化学已经凝练成为了一个新领域，催生了一系列纳米化学的专业刊物，如Small, Nano Letters, ACS Nano, Nature Nanotechnology和Nanoscale等，其影响因子已经比肩或超过了其出版公司的其他旗舰刊物，而且新刊物还会不断涌现。

通过纳米化学，化学和纳米技术长久地结合在一起。1992年以来纳米化学论文的引用呈天文数字式地增长，全球的学术、工业、政府和防务部门都积极地参与到纳米化学研究和教育中来。如今我们清楚地看到，纳米化学已经成为了一个专门的领域，而纳米材料正在电子学、光学、光电子和光子学、催化、光制燃料的电催化和光催化、锂离子电池、超级电容器、压电和热电材料、太阳能电池、燃料电池和光制燃料、化学和生物传感、信息存储和处理器件、全彩反射显示器和防伪系统等领域中发挥着作用。

在我看来，纳米化学不仅开创了新的领域，而且正在新的领域中大展宏图。

Geoffrey Ozin
2014，于多伦多

本文摘编自由加拿大多伦多大学Geoffrey Ozin教授等著，美国西北大学Mirkin先生作序，陈铁红译《纳米化学：纳米材料的化学途径》一书，该书是纳米化学方面的首部教科书。作者描绘了一幅基于纳米结构单元合成方法的现代材料研究图景，通过自组装来控制纳米到微米级别的物质形态，使“自上而下”的固态工程物理方法和“自下而上”的分子-化学方法得到完美融合，其应用范围包括化学电池、燃料电池、光伏电池、数字成像和印记、微电子组装、可控化学释放、化学传感器、分子分离、催化和光催化、组合材料化学、微流体、芯片实验室、纳米电子学、纳米光子学和纳米磁学等各个领域。