二维纳米材料合成及环境催化取得新进展

近日，英国皇家学会著名的《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）杂志在线发表了中国科学院上海应用物理研究所物理生物学实验室和上海光源在二维纳米材料及污染物催化降解方面的研究成果（Energy Environ. Sci., DOI:10.1039/C1030EE00495B）。

二维纳米材料具有独特的光电性能而被广泛地应用在固态纳米器件、传感及功能薄膜等众多领域。然而，自支撑的超薄二维纳米材料通常很难得到，一般是由物理或化学气相沉积方法在固相基底上制备生长。上海应用物理所物理生物学实验室彭程博士在樊春海研究员的指导下，通过与上海光源物理环境科学部邰仁忠研究员合作，利用石墨烯的二维平面作为模版，在溶液中合成了自支撑的超薄二维羟基氧化铁（γ-FeOOH）纳米材料，尺度约200nm，厚度仅为2nm左右。上海光源软X射线谱学显微实验站利用30nm软X射线纳米探针，通过在200nm微小样品上扫描成像，测量Fe-L2，3吸收边附近的一系列图像并加以解谱，精确得到了γ-FeOOH中三价铁离子清晰分布图象，为确定这种二维结构的价态及在石墨烯表面的分布状态提供了关键性证据。这种新型二维纳米材料具有优异的催化活性，能够高效降解水体中的苯酚等有机污染物。而且，这种纳米催化剂的稳定性显著高于该实验室之前报道的氧化铁纳米粒子（Nano Research, 2009, 2, 617），展现出在环境催化应用方面的良好前景。

图1：石墨烯诱导二维γ-FeOOH纳米材料形成的示意图和TEM表征


图2：软X射线谱学显微成像