自层状溶致液晶中制备纳米线示意图
由于量子尺寸效应, 纳米结构材料具有独特的物理、化学性质而备受人们关注, 研究人员开展了大量工作调控纳米材料的结构与形貌, 采用溶致液晶(Lyotropic LiquidCrystal, LLC)作模板制备和组装纳米材料是当前该领域的一个研究热点. LLC通常是由一定浓度的表面活性剂在溶剂中形成的长程有序结构, 它兼有液体可流动性和晶体各向异性的特点,并且亲水基团和疏水基团按周期定向排列, 其重复间距处于几到几十纳米范围. 常见LLC包括层状相、立方相和六角相, 它们都是合成纳米材料的理想反应器. 以LLC作模板开展分子构筑结构形成规律的研究, 对生命过程、生理现象以及材料科学的新发展皆有重要的理论与实际意义.
金属纳米材料在传感器件、催化剂和电极材料等领域应用前景十分广阔, 其相关研究一直是人们关注的焦点. Attard等把溶解在正六角液晶相水区的无机金属盐化学还原, 制备了铂纳米粒子. Gin小组和Andersson等分别从反六角液晶相中制备了钯和银纳米粒子. Qi等在层状液晶相中以非离子表面活性剂还原硝酸银, 制备了由银纳米粒子形成的条带结构. 张冬柏等以层状液晶作模板制备了金纳米线. Kijima等采用尺寸大小不同的表面活性剂Tween60和十二烷基聚氧乙烯醚(C12EO9)构建混合六角相LLC, 通过化学还原方法制备了铂、钯纳米管, 在Tween60和十二烷基硫酸钠的混合液晶相中制备了银纳米管.
另外, 由于电化学沉积技术操作简单、便于调节,目前该技术也广泛用于金属纳米结构材料合成. Attard与Bartlett等在正六角液晶相中通过电化学沉积制备了一系列贵金属介孔膜材料, 包括铂、钯及其合金等.产物中圆柱孔按六角晶格分布, 复制了模板的结构特征. Huang等则从阴离子表面活性剂AOT形成的反六角液晶相中采用电化学沉积技术制备了银纳米线.
青岛科技大学化学与分子工程学院赵继宽等人以非离子表面活性剂四氧乙烯基正十二烷基醚与氯铂酸水溶液构建层状溶致液晶, 通过电沉积技术制备了金属铂纳米线. 分别采用偏光显微镜、小角X射线散射对液晶进行结构分析, 通过透射电镜和能量弥散X射线谱分析观测产物形貌并确定其组成. 结果表明, 相对于饱和甘汞电极, 沉积电势在0.05～0.20 V范围内, 金属铂沿表面活性剂双分子层膜生长, 反应前后液晶相的长程周期性结构无明显变化; 在0.10 V沉积电势下, 随反应时间从960 s延长至3840 s,去除表面活性剂后沉积产物分别为层状纳米粒子、层状纳米线以及长度达十几微米且致密的纳米线. 讨论了层状液晶对沉积产物的结构导向作用.