春天，百花盛開的季節。就算不是專門去踏青賞花，也總能不經意看到小姐姐、大兄弟、大叔大嬸們爭相與百花合影，那盛世美顏，那銷魂身姿，一時間無數浪漫詩句涌上心頭……作爲擁有科研之心的死硬理工男，浪漫也絕非遙不可及，電鏡下那一朵一朵，是我們爲春天獻上的禮物。下圖是小希當年製備的納米之花，不知各位能不能猜出是什麼材料呢？

PS，當年做着玩的工作


有些物質很容易形成片狀晶體，採用一定的方法可以讓材料自組裝成“花”狀結構，該結構具有高比表面積，在儲能、催化、傳感、微波吸收等領域具有豐富的應用。今天，小希就來盤點一下近一兩年文獻中的一些“flower-like”納米結構。


鋰離子電池•Fe3O4/C


華東師範大學潘麗坤課題組設計了花狀Fe3O4/C高性能鋰離子電池負極材料。研究者採用溶劑-水熱自組裝法和高溫原位碳化法兩步合成了一種自組裝的花狀Fe3O4/C結構。該材料在277.2 mA g-1電流密度條件下，300個循環後仍顯示出1165.4 mA h g-1的高放電容量，具有良好的速率性能。其優異的電化學性能主要是由於碳與含有中空結構的Fe3O4部分結合，可提供材料比表面積和電荷轉移能力。

“花狀”Fe3O4/C材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. A [1]


鋰硫電池•Ti3C2Tx


中國科學院福建物質結構研究所王瑞虎課題組通過刻蝕法和水熱法制備了“花狀”多孔鈦基化合物，並應用於鋰硫電池材料。硫緊密地粘附在納米片表面，無需額外加入導電添加劑。電極具有10.04 mAh cm-2比面積容量和2009 mAh cm-3比體積容量，該方法有望推廣到鋰離子電池、超級電容器等其他高性能儲能材料中。

“花狀”Ti3C2Tx材料製備及形貌表徵。圖片來源：ACS Nano [2]


鈉離子電池•VO2/MXene


北京理工大學陳人傑課題組利用水熱法合成VO2/MXene複合材料，並用於鈉離子電池電極材料。基於VO2和Mxene的協同作用，該材料表現出良好的鈉儲存性能，並可以解決充放電過程中VO2體積膨脹的問題。在0.1 A g-1電流密度條件下，顯示出280.9 mA h g-1的比容量，是良好的鈉離子電池的負極材料。

“花狀”VO2/MXene材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. A [3]


超級電容器•ZnO/Co3O4


廣西大學沈培康課題組採用水熱法在泡沫鎳上生長出獨特的花狀ZnO/Co3O4納米帶陣列。層狀結構的納米陣列與電解質有較大的接觸面積，因此，具有良好的離子擴散和電子輸運特性。作爲超級電容器電極，當電流密度爲2 A g-1時，比容量可達1983 F g-1。功率密度爲779.8 W kg-1時，其能量密度高達爲70.4 W h kg-1。

“花狀”ZnO/Co3O4材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. A [4]


超級電容器•MnCo2O4.5@Ni(OH)2


哈爾濱工業大學深圳研究院韓傑才課題組採用分步水熱法在泡沫鎳基底上生長了“花狀”MnCo2O4.5@Ni(OH)2納米片層，作爲超級電容器電極，在3 A g-1的電流密度下，具有263.5 mAh g-1比容量。當功率密度達到1.9 kW kg-1時，器件的能量密度可達56.53 Wh kg-1。

“花狀”MnCo2O4.5@Ni(OH)2材料製備及形貌表徵。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces [5]


鈣鈦礦太陽能電池•MoS2


蘇州大學廖良生課題組與武漢大學方鵬飛課題組合作，利用水熱法制備了花狀MoS2納米晶體，並應用於高效穩定鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸層。基於MoS2改性的N-I-P結構鈣鈦礦太陽電池（PSC）具有20.18%的能量轉化效率（PCE）。其中，MoS2結構具有很強的吸附能力和較大的比表面積，可以抑制鋰離子在空穴傳輸層中的遷移。因此，即使在暴露於空氣中300 h後，未封裝的製備PSC仍保持初始PCE的85%，顯示出良好的穩定性。

“花狀”MoS2材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. A [6]


光催化產氫•g-C3N4


東南大學周鈺明課題組以磷酸、三聚氰酸-三聚氰胺爲前體，通過熱聚合路線，製備了具有高比表面積、高孔率的花狀P摻雜石墨氮化碳（g-C3N4）。種獨特的結構與磷原子摻雜相結合，促進了可見光的利用，提高了光生電荷的分離和遷移率。在可見光照射下，具有明顯的光催化性能。氫的生成速率可達，256.4 μmol h-1 幾乎是原g-C3N4的24倍。

“花狀”g-C3N4材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. A [7]


藥物負載•MoS2


中國科學院可再生能源重點實驗室徐剛課題組利用水熱法制備了花狀二硫化鉬（MoS2），並利用邊緣位置具有極性，對極性物質表現出強烈的靜電吸引的特點，吸附羅丹明B（RhB），通過對溶劑的響應實現可切換的積累和釋放。吸附循環重複100次，保留的吸附量超過88.5%。

“花狀”MoS2材料製備及形貌表徵。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces [8]


微波吸收•Ni(OH)2


哈爾濱工業大學的韓喜江課題組通過一個簡單的兩步合成過程，通過水熱法制備出花狀Ni(OH)2微球，再在高溫H2/N2氣氛下還原，成功地合成了三維“花狀”Ni微球。該材料具有良好的微波吸收特性，包括強烈的反射損耗（15.8 GHz時爲-56.8 dB）和寬頻限頻率範圍（2.5–18.0 GHz），這種優異的性能大大優於各種複雜策略產生的鎳基材料。

“花狀”Ni(OH)2材料製備及形貌表徵。圖片來源：J. Mater. Chem. C [9]


光學傳感器•QDs


伊特莫大學Elena V. Ushakova課題組基於膠體自組裝方法制備了“花狀”量子點發光材料，量子點在非溶劑蒸汽條件下緩慢失穩，形成了多孔結構。該材料可應用於光學傳感器，例如在氨蒸氣的條件下，材料的熒光信號降低了4倍，沒有氨蒸氣後，熒光可以恢復到初始值，無需額外的淨化即可重複使用。

“花狀”QDs材料製備及形貌表徵。圖片來源：Sci. Rep.  [10]


看過這麼多美麗的納米“花”，我們是不是可以在實驗室中擁抱春天了呢？


參考文獻：

[1] Wan L, Yan D, Xu X, et al. Self-assembled 3D flower-like Fe3O4/C architecture with superior lithium ion storage performance. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24940-24948.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta06482b#!divAbstract

[2] Xiao Z, Yang Z, Li Z, et al. Synchronous Gains of Areal and Volumetric Capacities in Lithium–Sulfur Batteries Promised by Flower-like Porous Ti3C2Tx Matrix. ACS Nano, 2019, 13, 3404–3412.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b09296

[3] Wu F, Jiang Y, Ye Z, et al. A 3D flower-like VO2/MXene hybrid architecture with superior anode performance for sodium ion batteries. J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 1315-1322.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c8ta11419f#!divAbstract

[4] Hu N, Gong W, Huang L, et al. Ultrahigh energy density asymmetric electrochemical capacitors based on flower-like ZnO/Co3O4 nanobundle arrays and stereotaxically constricted grapheme. J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 1273-1280

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c8ta10113b#!divAbstract

[5] Liu Y L, Yan C, Wang G G, et al. Achieving Ultrahigh Capacity with Self-Assembled Ni(OH)2 Nanosheet-Decorated Hierarchical Flower-like MnCo2O4.5 Nanoneedles as Advanced Electrodes of Battery-Supercapacitor Hybrid Devices. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 9984–9993

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b21803

[6] Jiang L, Wang Z, Li M, et al. Flower-like MoS2 nanocrystals: a powerful sorbent of Li+ in the Spiro-OMeTAD layer for highly efficient and stable perovskite solar cells. J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 3655-3663

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c8ta11800k

[7] Yang H, Zhou Y, Wang Y, et al. The Three-Dimensional Flower-Like Phosphorus-Doped g-C3N4 with High Surface Area for Visible-Light Photocatalytic Hydrogen Evolution. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 16485-16494

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta05723k#!divAbstract

[8] Huang Q Z, Fang Y, Shi J, et al. Flower-like Molybdenum Disulfide for Polarity-triggered Accumulation/Release of Small Molecules. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 36431–36437.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b11940

[9] Dawei L, Yunchen D , Zhennan L, et al. Facile synthesis of 3D flower-like Ni microspheres with enhanced microwave absorption properties. J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 9615-9623.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tc/c8tc02931h#!divAbstract

[10] Stepanidenko E, Gromova Y, Kormilina T, et al. Porous flower-like superstructures based on self-assembled colloidal quantum dots for sensing. Sci. Rep., 2019, 9, 617.

https://www.nature.com/articles/s41598-018-36250-1


（本文由小希供稿）



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