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　　近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院院長(zhǎng)張加濤團(tuán)隊(duì)在Cell旗下材料學(xué)旗艦期刊《Matter》上發(fā)表了題為《Cation/Anion Exchange Reactions towards the Syntheses of Upgraded Nanostructures: Principles and Applications》的綜述文章（Matter 2020, 2, 554-586），基于團(tuán)隊(duì)在離子交換策略精準(zhǔn)合成II-VI族摻雜及異質(zhì)納米晶及應(yīng)用方面研究成果，詳細(xì)介紹了合成無機(jī)納米晶的離子交換反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理、材料合成進(jìn)展、性能應(yīng)用和展望。

　　無機(jī)膠體納米晶，由于尺寸、形貌、組分調(diào)控合成引起的光電性能調(diào)控及應(yīng)用受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。進(jìn)一步功能化應(yīng)用過程中，納米晶的異質(zhì)結(jié)構(gòu)、摻雜以及與尺寸、形貌調(diào)控的有效結(jié)合具有重要的科學(xué)和應(yīng)用意義。離子交換反應(yīng)，近幾年逐步發(fā)展成為合成可控組成、界面和形貌的無機(jī)納米晶的有效策略，在材料化學(xué)領(lǐng)域具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。例如，與傳統(tǒng)方法相比，逆向競(jìng)爭(zhēng)陽離子交換反應(yīng)制備得到的深位點(diǎn)摻雜的量子點(diǎn)，可以提高摻雜量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命；離子交換策略，可以實(shí)現(xiàn)在原子級(jí)層面調(diào)控大晶格失配度下的金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)界面，更有利于等離子激元與激子的耦合以及熱電子的注入，實(shí)現(xiàn)高效的光催化產(chǎn)氫；通過離子交換策略實(shí)現(xiàn)的無機(jī)鈣鈦礦納米晶的組分調(diào)控和異價(jià)摻雜，可以有效實(shí)現(xiàn)其熒光位置調(diào)節(jié)和熒光穩(wěn)定性的提高等等。因此，離子交換反應(yīng)對(duì)于液相無機(jī)納米晶的合成，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 離子交換反應(yīng)制備膠體納米晶及其性能研究

　　基于詳盡的文獻(xiàn)調(diào)研，團(tuán)隊(duì)梳理近幾年離子交換策略用于合成無機(jī)納米晶的研究展望，主要包括以下內(nèi)容：（1）離子交換反應(yīng)機(jī)理的研究進(jìn)展，主要包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究、溶劑配體的研究。其中，張加濤教授團(tuán)隊(duì)近年來深入研究了配體和溶劑等對(duì)于逆向競(jìng)爭(zhēng)離子交換反應(yīng)機(jī)理影響及應(yīng)用拓展（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3683 –3687; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1 – 7）；（2）離子交換反應(yīng)策略在精準(zhǔn)調(diào)控制備在包括合金態(tài)/摻雜量子點(diǎn)、異質(zhì)納米晶、中空納米晶、鈣鈦礦納米晶、二維納米晶等無機(jī)膠體納米晶方面研究進(jìn)展。其中張加濤教授團(tuán)隊(duì)提出了逆向競(jìng)爭(zhēng)陽離子交換反應(yīng)策略并實(shí)現(xiàn)了II-VI族量子點(diǎn)深度位置的異價(jià)重?fù)诫s，為有效解決自清潔效應(yīng)引起的穩(wěn)定摻雜問題提供新方法、新材料（Adv. Mater. 2015, 27, 2753–2761）。并進(jìn)一步用逆向競(jìng)爭(zhēng)陽離子交換反應(yīng)策略實(shí)現(xiàn)了水相制備金屬-單晶半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶，在實(shí)現(xiàn)高結(jié)晶度殼層的同時(shí)，可以有效實(shí)現(xiàn)其低缺陷的異質(zhì)界面及應(yīng)用（Nano Energy 2019, 57, 57–65）。團(tuán)隊(duì)基于異質(zhì)納米晶的合成工作，從晶格失配的角度梳理了納米晶界面合成化學(xué)綜述（Chem. Rev. 2020, 120, 2123-2170）；（3）離子交換反應(yīng)精準(zhǔn)合成的納米晶的性能應(yīng)用研究進(jìn)展，包括熒光調(diào)控、光熱性能、光催化/光電催化性能研究、電化學(xué)應(yīng)用等等。例如張加濤研究團(tuán)隊(duì)與合作者發(fā)現(xiàn)Ag摻雜CdSe量子點(diǎn)的光誘導(dǎo)Ag+向Ag2+轉(zhuǎn)變和因此產(chǎn)生的光誘導(dǎo)磁性（Nat. Nanotech. 2018, 13, 145-151），利用陽離子交換策略制備的具有清晰異質(zhì)界面的單晶核殼納米晶在光解水產(chǎn)氫 (Nano Energy 2018, 48, 44–52；Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803889)、近紅外光電探測(cè)(Nano Energy 2019, 57, 57–65)、光熱療應(yīng)用（Adv. Mater. 2016, 28, 3094–3101）等領(lǐng)域均展現(xiàn)出了較高的性能優(yōu)勢(shì)；（4）離子交換策略的展望，包括用于復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制備，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)原子級(jí)位點(diǎn)和表界面應(yīng)變的調(diào)控等。

　　上述研究成果得到了結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料學(xué)院先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)中心的平臺(tái)支持，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金 (Grant No. 51702016, 51631001, 51872030, 21643003, 51501010)和科研院創(chuàng)新人才支持計(jì)劃經(jīng)費(fèi)的支持。北理工材料學(xué)院博士畢業(yè)生李欣遠(yuǎn)（現(xiàn)清華大學(xué)博士后）和紀(jì)穆為（現(xiàn)深圳大學(xué)副研究員）為文章共同第一作者，北理工李紅博教授和張加濤教授為通訊作者，北理工為第一通訊單位。

　　原文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30415-1