题目：典型结构磁性纳米材料的微结构调控和介观特性研究

    由于纳米材料具有不同于宏观块材的特性，诸如量子尺寸效应、小尺寸效应等，越来越多的科学家致力于纳米材料的制备和性质的研究，推广其在现实生产生活中的应用。磁性纳米材料如铁、钴、镍等所具有的独特磁学性质、催化性质在近年来得到了广泛关注。单分散的磁性纳米粒子已经在磁共振成像、磁导药物传递、热疗和细胞分离等方面有广泛的应用。具有低毒和生物相容性的超顺磁纳米粒子在生物传感器、生物分离、药物递送、磁共振成像造影剂以及对癌症病人的热疗方面有广泛应用。

    目前，发展高度可控、温和、简便的合成方法，构筑具有优异特性的新型纳米结构，实现对目标材料物理、化学性质的剪裁已经发展成为无机纳米材料合成的重要发展方向。目前，磁性纳米材料的合成方法取得了广泛的研究，可以有效实现具有典型结构的磁性纳米材料的可控制备。通过对材料的微结构调控可以有效控制材料的尺寸、形貌、成分及表界面性质，从而实现对具有典型结构的磁性纳米材料的磁学、催化等性质的优化。

    本文研究了NiPt双元空心纳米球、多形貌NiFe2O4等具有典型结构的磁性纳米材料的合成方法、成相机理、微结构调控及介观特性的研究。探索了这些纳米材料在磁学、催化等领域的应用。另外，对ZnS等非磁性金属硫化物的纳米材料进行了磁性分析，并对表现出的磁性进行了详细研究和合理解释。

    在室温、水溶液环境下，提出了一种氯离子调控制备NiPt双元空心纳米球的绿色合成方法。实现了空心球直径在13 ~ 100 nm范围、组成成分Ni与Pt的原子比例在1:9 ~ 9:1范围的可控。空心球的壳层厚度极薄，约2 ~ 3 nm。通过分子动力学计算可以得出，对于最小的13 nm富Pt空心球来说，2 nm是其保持结构稳定的最小壁厚值。对甲醇和乙二醇氧化的催化反应中，用该方法合成的NiPt空心球具有比商业Pt/C催化剂更高的催化活性和更好的稳定性。

    采用温和的水热合成方法，不加任何的表面活性剂，合成了多形貌的单晶NiFe2O4纳米材料。仅通过调节反应溶液的PH值，实现了NiFe2O4纳米材料从球状形貌到棒状再到八面体形貌的可控合成。分析反应机理说明反应溶液的pH值对样品的形貌、生长方向甚至是样品的组分的调控都起到至关重要的作用。通过磁性质研究发现合成的NiFe2O4纳米八面体样品具有优于相应块材的软磁性质。

    采用简单的溶剂热方法合成了四足形貌的ZnS纳米颗粒，并研究了该纳米颗粒的磁性质。通过磁性测量，我们发现块体性质本是抗磁性的四足形貌ZnS纳米材料具有铁磁性。进一步的实验研究表明材料表现出的铁磁性主要是样品中的磁性杂质造成的。但是对材料磁性起主导作用的顺磁性却无法用磁性杂质来解释。DFT计算发现在闪锌矿结构ZnS中的Zn空位缺陷是顺磁性产生的可能原因。