中空纳米材料是一类在固体壳内具有空隙的纳米粒子，具有较大的比表面积、低密度和丰富的内部空间，已经在药物控制释放、电池、超级电容器和能源催化等领域得到了广泛的应用。金属硫化物空心纳米结构由于其具有优异的光学性质，光照下可产生大量的活性氧自由基，可被用于光控制化学动力学治疗肿瘤，光催化降解难分解有机污染物以及作为药物载体用于药物缓控制释放等，在纳米医学、能源以及环境化学等领域有广阔的应用前景。宏量制备金属硫化物的空心球是该类材料广泛应用的一大瓶颈。

   我院钱海生教授课题组在前期工作的基础上（Applied Catalysis B: Environmental 2018, 224, 854-862）成功地规模化制备了一种单分散性好、尺寸均一的高质量介孔ZnS纳米球，并以此纳米球作为模板通过牺牲模板法开发了一种可规模化制备金属硫化物空心球的普适合成方法。目前，该课题组利用这种方法已经成功制备出了CuS、Ag2S和Bi2S3等一系列二元金属硫化物空心球，并实现了对空心球壳层厚度可调控化。课题组在合成系列二元金属硫化物的基础上，还成功实现了三元金属硫化物ZnxCd1-xS空心球的制备。该课题组与浙江师范大学胡勇教授团队合作，通过调控反应动力学条件，进一步制备了双壳结构的ZnxCd1-xS空心球。相关成果以《Scalable fabrication of ZnxCd1-xS double-shell hollow nanospheres for highly efficient hydrogen production》为题，于2018年8月13日发表在《应用催化B：环境》上（Applied Catalysis B: Environmental 2018, 239, 309-316）影响因子11.698，我院2016级硕士研究生张晨阳同学、浙江师范大学2016级硕士研究生刘欢欢同学和我院2018级博士研究生王婉妮同学为该文的共同第一作者。

   相对于其它的合成策略与方法，这种金属硫化物空心纳米结构的制备方法具有普适性且可以调节材料的组成与微结构。通过调节反应物的比例以及反应的参数，可以制备单壳层与双壳层ZnxCd1-xS合金空心球，并成功实现了对双壳ZnxCd1-xS空心球壳间距的调控。研究结果表明：双壳结构的ZnxCd1-xS空心球能够更好的吸收利用光能和提供更多的活性反应位点，提高了ZnxCd1-xS的催化性能，凸显了双壳空心球的优势。通过对上述系列硫化物空心球材料表面进行修饰后，这些中空纳米材料有望在化学动力学治疗肿瘤、抗菌、能源以及环境化学等领域得到广泛的应用。

 

图1. 系列单壳二元金属硫化物的透射电镜照片

 

图2. 单壳三元金属硫化物Zn_xCd_1-xS的形貌与结构表征



图3. 双壳三元金属硫化物Zn_xCd_1-xS的形貌与结构表征

   

                                                                                                                             钱海生 文/图
        

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