金属氧化物形貌调控及其对性能影响的研究进展*

郑志林，何小伟，赵佳伟，姬　婷，耿旺昌

(西北工业大学 理学院化学系，西安 710129)



金属氧化物形貌调控及其对性能影响的研究进展*

郑志林，何小伟，赵佳伟，姬婷，耿旺昌

(西北工业大学 理学院化学系，西安 710129)

摘要：总结了近年来金属氧化物形貌控制上取得的成就，从气敏材料、锂离子电池、超级电容器、生物传感材料、催化剂等方面的应用阐述了金属氧化物形貌对其性能的影响，说明了金属氧化物形貌控制的重要性。同时，还介绍了不同形貌材料的制备方法如物理法、模板法、无模板法等，总结了几种典型形貌的制备过程和形成机理，并概述了一般的形貌调控手段。

关键词：金属氧化物 ；纳米材料 ；形貌调控；性能

0引言

金属氧化物的金属离子和带负电的氧离子在静电作用下形成了牢固的离子键，金属离子的s轨道大多被填满，所以大多数金属氧化物具有热稳定性和化学稳定性。而其不饱和的d轨道引发的独特性质如：宽的能带间隙、高的介电常数、活跃的电子转移能力以及好的导电性、光学性能、电致变色性能等[1-3]使得其在电子领域中表现出潜在的应用价值。

纳米材料由于其较小的尺寸而表现出与体相材料不同的电子结构，进而使其物理和化学性能明显不同于体相材料。金属氧化物纳米材料微观形貌所表现出的尺寸效应、表面效应、体积效应等特性使其可广泛地应用于催化、吸附、锂离子电池、超级电容器、电化学传感器、药物输送等领域[4-7]。

1形貌对性能的影响

形貌是影响金属氧化物纳米材料性能的重要因素，间接或直接导致其应用领域的不同。如空心微球在人造细胞、药物输送、质轻填料等方面有着优势，而薄膜材料可以运用到传感器材料上。

1.1气敏材料

不同形貌的金属氧化物气敏材料适用于不同气体的检测。例如凹的八面体Co3O4对于甲醛和乙醇有很好的敏感性[8]，具有介孔和大孔的Co3O4纳米棒可以作为挥发性有机化合物气体传感器的敏感材料[9]，而中空Co3O4纳米球对丙酮和甲苯蒸汽有良好的响应[10]。

不同形貌的金属氧化物气敏材料对同一气体具有不同的敏感度。Gurav等[11]用化学浴沉积法(CBD)制备了二维片状和一维棒状纳米ZnO材料，并探究了材料对液化石油气(LPG)的敏感性与其形貌的关系。LPG浓度为2.6×10-3时，所有样品最大响应[12]集中在673K。此时，完好形貌纳米棒、不完好纳米棒、纳米片的响应分别为最大响应的24%，18%和14%。表明材料形貌与气敏灵敏度有直接关联。与表面具有微孔的片状物和不完整的纳米棒相比，完好的纳米棒具有更大的表面积，可提供更多的吸附脱附位点，因此具有更优异的气敏特性[13]。对LPG的气敏测试表明，垂直排列的棒状体比混乱排列的拥有更好的气敏性能。这是由于垂直排列的棒状体不仅提供了直接的电子收集途径，而且为吸附氧离子和还原性气体分子的相互作用提供了更多通道，且具有更大的表面积，其气敏性能优于Shinde等[14]制备的材料。

Wen等[15]用简单的氟介导水热法合成了菱形Co3O4纳米棒序列。水热温度对形貌的形成起至关重要的作用，低温下，形成菱形的Co(OH)F前驱体。当温度高于100 ℃时，六亚甲基四胺(HMT)水解产生甲醛的歧化反应阻碍了Co(OH)F前驱体的形成。在前驱体转化为氧化物的过程中，不同的热处理温度对材料的气敏性能影响很大。450 ℃下处理的菱形Co3O4材料，由于其具有多孔结构、高的结晶度以及大的比表面积，显现出对乙醇最高的敏感性。

1.2超级电容器

电化学电容器是一种能量存储设备，具有瞬时充放电特性及大的存储能力。电容器依据能量存储机理可分为电双层电容器(EDLCs)和电化学赝电容器(EPCs)[16]。EDLCs主要依靠碳材料，表现出高的循环性能，但比电容较低。相较而言EPCs具有高的比电容，因为金属氧化物相对于碳材料具有大的比电容，相对于导电聚合物还具有高的循环寿命。特别地，RuO2作为最先进的电活性材料，其比电容达到720F/g，但其商业应用被其高昂的价格和较大的毒性所限制[17]。

Hou等[18]通过赖氨酸、氯化钴在水热反应下得到氢氧化钴，然后在250 ℃下煅烧得到了由Co3O4纳米线组成的海胆状微球分层结构。这种独特的结构为离子扩散提供了优化的路径[19-20]，有利于电解质离子和电子与Co3O4纳米线高速率的接触，在大电流密度下使得法拉第反应以有利于能量存储的方式进行。该材料在大电流密度4A/g下，5 000次充放电循环后比电容只损失23%。这种电化学电容器由纳米尺寸的块状组成，其同时拥有纳米和微米尺寸的双重优势。纳米结构的高比表面积，使得扩散时间大幅减少，具备良好的动力学特征及大的比电容。微米结构则使得材料具有良好的机械性能、稳定性和组装性不同形貌的材料电化学性能有较大区别。Hou等用简便的合成方法制备出了较为特殊的形貌的材料，并对其电化学性能进行了充分的表征。

Deori等[21]通过水热法调控反应时间制备出直径30～35nm微球和厚度约100nm、直径3～4μm的六边形片状Co3O4结构，在Co3O4/KOH/Co3O4组装系统中六边形片状结构在电流密度为0.5A/g展现出相对较好的比电容 (476F/g)，较高的能量密度(42.3Wh/kg)，较大的能量强度(1.56kW/kg)。较好的电化学性能归因于多孔Co3O4层状结构的排列和较多的有序孔的存在。

1.3锂离子电池

Xiao等[22]通过一步水热法合成了3种不同形貌(立方体、截断八面体、八面体)的Co3O4(图1)。当放电速率由100mAh/g升高到2 000mAh/g时，具有(111)晶面的八面体保存了原有74%的电容量，具有(111) 和(001)晶面的截断八面体降至原有的46%，具有(001)晶面立方体的电容量只有100mAh/g时的27%。实验表明暴露晶面的不同对于电化学性能有较大的影响。

图13种类型的煅烧Co3O4及其结构模型扫描电镜图

Fig1SEMimagesofthethreetypesofcalcinedCo3O4andtheirstructuremodels

Yao等[23]制备了3种不同结构的核壳状Co3O4。该实验以PVP为软模板，研究了具有不同层数空心壳的Co3O4在电压分布范围10mV～3.0V内的锂电池性能。3种结构Co3O4电极材料的首次放电容量均大于其理论值，样品皆具有优异电化学性能的关键在于其具有特殊的微纳米中空结构。首先材料小的晶体尺寸有利于电解液渗入电极材料，减少锂离子的扩散时间，此外充放电后由体积变化引起的扩张程度因为中空微球中孔隙的存在而减小，保持了性能的稳定性。他们制备了新颖形貌的纳米材料，并对电化学性能进行了表征，但没有分析3种材料的性能差异。

1.4催化剂

无机材料作为催化剂具有稳定性高、价格便宜等特点以及因形貌的不同具有不同催化活性，吸引了越来越多的关注。雷晓玲等[24]采用水热法通过调控反应温度得到了不同形貌的MnO2。反应温度90 ℃时制备所得的MnO2为颗粒状，150 ℃时形貌逐渐变为线状，更高温度下纳米线的直径和长度都增大，结晶也趋于完整。在催化降解亚甲基蓝实验中，150 ℃时所得的α-MnO2纳米线，结晶好，尺寸小，催化性能降解效果最佳。Reza等[25]在室温下以CTAB胶束为纳米反应器合成了TiO2纳米颗粒，该颗粒在紫外光区具有光催化效应。在紫外光照射下对亚甲基蓝(MB)降解。不加催化剂，紫外光下6h，降解率为4.4%，加入P25TiO2降解率为57%，而TiO2纳米颗粒加入后降解率在3.5h已达到91%。TiO2纳米颗粒的加入导致光催化活性显著提升，P25TiO2粉末加入的效果不显著。TiO2纳米颗粒显著提高降解率的原因在于小尺寸提供了更多的表面活性位点，能更有效地转移载流子。

Mila[26]等研究了煅烧温度对TiO2光催化活性的影响。煅烧温度由400～700 ℃，柱状形貌的产物外径逐渐增大，长度逐渐减小。800 ℃下煅烧柱状形貌消失，变为颗粒状。对分散在水中的异恶草酮(又名广灭灵)进行光降解实验，发现煅烧过的比没煅烧的样品光催化效率高，对于煅烧过的样品光催化效率随着结晶度的提高而提高，且在700 ℃下最高。这是由于随着煅烧温度的升高，锐钛矿结构中逐渐出现了金红石结构，而两相共存比一种相的催化效率高。800 ℃的样品催化效率低于700 ℃下的，可能是颗粒团聚程度的提高导致。他们的实验表明形貌、晶型对于催化性能有影响，但不足之处是并没有深入地探究形貌对催化性能的影响机理。

1.5生物传感器

生物传感器的基质是一种为固定传感分子的固体支撑体。ZnO是生物仿生性半导体材料，可用于小型化的生物传感器。高比表面积的ZnO纳米结构能提供更多的酶负载位点，同时能提供保持生物分子活性的微环境。除此之外，由于较好的电子传输速率，ZnO纳米结构能够激活生物分子一些隐藏的电化学性能。例如ZnO纳米材料能够加快酶的直接电化学行为[27-28]。贾向东等[29]采用溶剂热法制备了两种花状ZnO纳米晶，在较低碱浓度时得到的ZnO是由花瓣单元组成的花状结构，而在较高碱浓度时得到的ZnO是片状单元组成的花状结构。将血红蛋白与花状ZnO纳米晶混合修饰到电极上构建了新型生物传感器，该传感器能实现血红蛋白的直接电子传递，对过氧化氢具有良好的响应。

Vabbina等[30]在包裹Au的Si上制备了ZnO1D纳米棒和2D纳米片，通过超声化学法将抗皮质醇抗体固定在纳米结构上制备了高灵敏度、具有选择性电化学活性的皮质醇免疫传感器。两种纳米结构对皮质醇的电化学检测均显示出比酶联免疫吸附实验更好的选择性。最低检测限1pmol/L时纳米片的灵敏度7.74μA/M，纳米棒的灵敏度为11.86μA/M，比传统的酶联免疫吸附实验高100倍。虽然一维纳米材料具有较大的比表面积，然而在极性(0001)晶面占较大比例及具有高表面带电密度的ZnO2D纳米片可以负载更多的抗皮质醇抗体，进而具有更高的灵敏度。

Mu[31]等制备了3种不同形貌的Co3O4纳米材料，并研究了其模拟过氧化氢酶催化性能 。结果显示，纳米片的催化活性优于纳米棒，而纳米棒的催化活性优于纳米立方体。由纳米片组成的生物传感器来测定钙离子浓度在0.1～1mmol/L间有良好的线性关系，检测限为4μmol/L。该材料可很好地应用于牛奶中钙离子的测定。虽然本文对不同形貌材料的性能进行了表征，但没有对造成性能差别的原因进行进一步的研究。

2形貌控制方法及形成机理

如何实现对金属氧化物材料的形貌可控合成及设计，已经成为研究者广泛关注的热点。金属氧化物纳米材料的制备方法一般按照有无模板的参与，分为模板法和无模板法。研究表明对于无模板法，添加剂为影响材料形貌的主要因素。而对于模板法而言，控制模板的形貌就可以得到相应的纳米材料。因此，可以通过多种方法来改变制备过程中的主要影响因素，进而调控纳米粒子的粒径、形貌和结构，制备出有特殊性质的产物。

2.1物理法

Li等[32]结合倾斜角沉淀和激光脉冲沉淀法，通过调节基底的倾斜角和反应釜中的氧气压力制备了形貌可调的氧化钴。氧压固定为1Pa，倾斜角从0～80°变化时，沉淀从连续颗粒状薄膜向紧密排列的柱状结构间隔的纳米棒阵列转变。倾斜角固定为80°，氧压从0.1～40Pa变化时，形貌可从纳米棒阵列向纳米颗粒膜转变。分析该反应机理，当处于低压范围(<0.1Pa)时，蒸汽流具有高的指向性，起始流量可以分为F⊥和F∥，F∥造成阴影效应，原子阴影效应造成起始流不能直接到达的区域，同时吸附原子的迁移性造成了不能填补在基底上的空白，因而得到典型的沿着蒸汽流方向生长的纳米棒。当压力处于0.1～40Pa之间时，蒸汽种类还能相对的保持方向性，但起始流和氧气之间的碰撞增加，引起起始流分散，导致F∥作用减小，同时在频繁的碰撞中由激光引发的等离子成核，核心成长为纳米颗粒，这就形成了倾斜的纳米棒和纳米混合颗粒。当压力高于40Pa时，剧烈的碰撞使得F∥几乎完全消失。形成了连续密实的纳米颗粒。

相对于大部分在溶液中进行的化学法，物理法制备避免了引入杂质的过程，而且原料利用率较高，得到的产物均一性较好。但是一方面其适用范围较窄，难以制备具有特殊形貌的材料，另一方面物理法需要的原料和仪器比较昂贵，能耗较大，这些缺点阻碍了其发展与应用。

2.2模板法

2.2.1硬模板法

硬模板法[33]可利用一些生物模板(如铁蛋白和酵母细胞)来制备金属氧化物。生物模板技术是以天然生物结构为模板，高效、经济地制备特殊结构材料的一种方法。何琴等[34]以SnCl4·5H2O为原料，定量滤纸、鸡蛋内膜为生物模板，通过浸渍和煅烧，制备出复制了原模板形貌的微纳米SnO2。Glen等[35]报道了用铁蛋白在水溶液中由蛋白调控的特定位点重组制备Co3O4空心球的方法，机理如图2所示。(1) 小的纳米颗粒在铁蛋白的外壳上集结成核，形成一层金属外壳。这种外壳的形成，以钴离子与铁蛋白外壁上功能基团的化学键的结合来推动；(2) 离散分布的纳米颗粒沿着铁蛋白内壁继续生长；(3) 纳米微粒连接在一起，形成一个较大的中空纳米球；(4) 通过加入钴形成厚的金属氧化物壁。

图2　钴氧化物在铁蛋白上的生长过程[35]

Fig2Sketchofthecobaltoxidegrowthmechanisminferritin[35]

江学良等[36]以聚苯乙烯-丙烯酸(P(St-AA))微球为模板，通过无机物前驱体颗粒的自组装制备出CeO2/P(St-AA)复合微球，煅烧去除聚合物模板后，得到粒径均一，单分散性较好，CeO2纳米空心球。以甲基蓝模拟废水，经4h处理后脱色率达到95%以上。

刘名扬等[37]采用液相沉积法，以碳纳米管(CNT) 为模板，通过改变煅烧温度可控合成了SnO2-CNT复合纳米材料、SnO2纳米棒和SnO2纳米粒子。3种不同形貌纳米SnO2催化发光传感器都可以催化氧化乙酸乙酯，但具有不同的催化发光强度和光谱。基于不同的最佳波长范围，可以制备出3种高效、新型的不同形貌纳米催化发光传感器。

硬模板法是一种制备中空结构的有效方法，但也有一 些缺陷。如(1)在实验过程中，模板自身结构的变化、团聚和被刻蚀等情况的发生，均会导致目标材料的结构改变；(2)模板的去除过程可能会使目标材料的核壳结构发生坍塌和破损等；(3)一般硬模板法所选用的模板材料会使实验成本增加，且实验过程复杂。

2.2.2软模板法

传统上的纳米结构多孔膜通常通过在基材上涂抹纳米浆料制成，这样很难控制膜的微观结构，导致孔的尺寸不可控，薄膜厚度不均一，不可重复性以及薄膜的不稳定性。单层或是多层有序的微米/纳米多孔薄膜可以有效的解决上述问题。Chao等[38]采用单层胶束晶体模板和溶液浸渍法，以In2O3为主要材料制备了有序的微米/纳米结构多孔薄膜。实验得到孔径分别为200，1 000nm的单层薄膜，气敏测试显示出灵敏度分别为20.3、3.5，响应时间(tR)分别为102，10s，即难以同时得到高灵敏性和快响应的材料。而双层的异型孔薄膜结合了大孔、小孔的特点能同时达到高灵敏性和快响应的要求。该材料的工作温度为60 ℃，远低于其它In2O3传感器(约为300 ℃)[39-40]，在实际应用中有重要意义。

图3以PVP为模板制备具有不同壳层结构四氧化三钴的示意图[23]

Fig3IllustratingschematicfabricationofdifferentstructuredcobaltprecursorsinthepresenceofPVPtemplates[23]

与硬模板法相比，软模板法由于其模板易于去除在过去的几十年间持续吸引着人们的注意力。然而其不足是制备出的中空结构产物形貌和单分散性较差，这是由于软模板的可变形性造成的。

2.3无模板法

硬模板的难去除和软模板材料的单分散性较差等问题，也让无机材料的制备较有难度，因此一些无模板制备方法便逐渐受到了科研工作者的关注。无模板法调控形貌主要通过以下两种技术来完成。

(1) 通过加入添加剂作为形貌指向剂来控制形貌。添加剂种类包括无机阴离子、表面活性剂、螯合剂等。

Shao等[41]用水合肼和Na3PO4作为形貌指向剂，通过一步水热法制备了高产量的一维分层β-Co(OH)2纳米柱，煅烧得到分层Co3O4柱如图4所示，该过程分为两步，纳米棒的形成和以薄的纳米片在棒上横向生长。

图4　β-Co(OH)2纳米柱的形成过程[41]

形貌指向剂在分层柱状结构形貌形成中起到重要作用。Na3PO4对于产物的形貌和尺寸有着显著的影响，使块状的前驱体生长为纳米棒，没有Na3PO4只能得到Co(OH)2纳米片或球。磷酸盐离子在赤铁矿纳米管和其它纳米结构上有形貌指向剂的作用，因为磷酸盐离子选择性吸附赤铁矿纳米晶上[42]。在这个实验中磷酸盐离子更易吸附在垂直于001面的晶面上，作为抑制剂减缓纳米晶的生长速度，导致晶体沿着001晶面生长。除此之外，水合肼使得棒状物上出现很多片状突起，为纳米晶的生长提供高能位点，钴离子自发地在这些位点上成核，形成纳米片。水合肼在层状材料Ni(OH)2，Mg(OH)2中有类似的结构指向作用[43-44]。

Wang等[45]以氨基三乙酸(NTA)作为螯合剂形成聚合物链的方法大量合成了铁氧化物半导体纳米线。首先Fe3+与NTA形成螯合化合物，然后在水热条件下形成1D长链聚合物。这个过程中Fe3+被固定在氨基或羧基上形成了(—Fe—NTA—)n长链配位体。这种方法得到的产物为100%纳米线，还可以用来制备其它金属氧化物如NiO、MnO2等纳米线。

Yang等[46]通过在溶剂中加入表面活性剂的水热法制备了球形、立方体、菱形十二面体的单晶Co3O4。基于对带电晶面的带电密度、原子密度、偶极矩的统计，他们提出不同封端剂和带电晶面的相互作用导致了(100)取向的立方块和(110)取向的菱形十二面体的形成。此外，他们还发现带电晶面固有的内部结构不仅影响结晶化过程，同时还影响Co3O4颗粒的自组装行为。有机添加剂作为封端剂通过与软-硬界面间晶体的相互作用来改变晶面的表面能，进而控制晶面的生长[47]。

Wang等[48]探究了不同表面活性剂如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基磺酸钠(SDS)、 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、四丙基溴化铵(TPAB)等在水热法合成SnO2中对其形貌的影响。通过控制添加剂的种类和剂量可以得到纳米棒、纳米带和纳米颗粒等不同的形貌和结构。结果发现，适当剂量的阴离子添加剂(SDS)和阳离子添加剂(CTAB、TPAB)可以极大程度地影响氧化物的形貌，非离子型的添加剂PVP也能影响形貌，但是效果较差。添加剂对于形貌影响机理如图5所示。以SDS为例，它首先避免吸附在高能(101)晶面上，因而晶体沿着(101)晶面生长进而形成纳米带。

图5　表面活性剂对形貌的控制机理[48]

Fig5Controlmechanismofsurfactantonthemorphology[48]

(2) 通过控制晶体生长的条件(如前驱体的种类、反应体系、反应温度、反应时间、反应物浓度、溶剂等条件等)来调控材料形貌。

Wang等[49]通过水热法制备了具有一系列新颖形貌(塔状、花状、试管状)的ZnO。如图6所示，不同形貌和取向排列的纳米材料通过改变添加剂种类和实验条件得到。塔状ZnO在含有锌盐、氨水、铵盐、硫脲的溶剂体系中得到，花状ZnO则是在低温下得到，试管状ZnO则要求溶液体系通过超声预处理。此外，形貌受到反应温度的影响。当温度大于90 ℃，取向强且不再受温度升高的影响，当小于90 ℃时，随着温度的降低取向逐渐减弱，小于75 ℃将不能成形。

图6a、b分别为塔状和试管状ZnO的形成过程[49]

Fig6Theformationprocessofthetower-likeandthetube-likeZnO[49]

林志贤等[50]采用水热法通过控制反应物的量和反应时间制得了形貌和尺寸各异的ZnO材料。发现反应时间越短，温度越低或反应物浓度低时，纳米棒的直径也随之变小，长度变短。

Xu等[51]在没有模板和表面活性剂参与下，以Na2MoO4、铜箔和甲酰胺为原料制备出层状钼酸铜铵薄膜。该产物的微观形貌调控机理：甲酰胺对铜箔不同晶面有不同吸附能力，进而使吸附甲酰胺的晶面生长缓慢或不生长，而未吸附甲酰胺的晶面快速生长。

Shinde等[52]用喷雾热分解方法制备了不同尺寸的六角柱状ZnO纳米棒。该法仅通过添加元素到喷射液中就可制备出掺杂原子的薄膜，与气相沉积方法不同，既不需要要求高的前驱体或是基底，在反应的任何阶段也不需要在真空条件下进行。同时通过调节喷射参数可调控沉积物厚度和沉积速率，避免了溶胶凝胶法薄膜厚度受到限制的缺点。

Lu等[53]以FeCl3·6H2O、乙醇、CH3CO2Na为反应物，通过一步溶剂热过程制备了圆盘状的Fe2O3纳米颗粒。通过改变CH3CO2Na的加入量可调控Fe2O3(001)晶面的暴露数目，其生长过程如图7。首先形成大量的晶核，然后在反应物的共同作用下溶解并沿着特定晶面取向生长，最后形成完整的纳米片。

Geneva等[54]通过控制环氧驱动的缩聚过程中的合成参数来调控钴凝胶溶胶材料的形貌，并探索了这些不同相貌对于材料的超级电容性能的影响。金属盐在添加环氧后的溶胶凝胶合成机理：金属盐中的阴离子攻击环氧，开环得到羟基结构，并不可逆地捕获水中的质子，进而调节pH值并促进水合金属离子缩聚形成凝胶网络。在该过程中，溶剂的极性、阴离子亲核性以及环氧的活性都影响反应媒介的pH值和缩聚步骤的速率[55-58]。通过改变凝胶化条件得到不同的微观结构，其中金属盐前驱体种类起决定性作用。由硝酸钴制备的凝胶都是板状结构的复合材料，板的尺寸和有序排列随着溶剂和环氧变化而变化；由氯化钴制备的凝胶可以得到不同结构和形貌的材料。

图7　纳米盘状赤铁矿粉末的生长过程[53]

Fig7Growingschemeforthehematitenanodiscs[53]

与模板法比较，无模板法不需要模板的去除，实验过程更加简单，但是无模板法中产物形貌受较多因素影响，且形成机理不明，形貌的可控调节较困难。

3结论和展望

3.1结论

(1) 金属氧化物的形貌调控方法主要有3类方法： 物理法，模板法，无模板法；无模板法应用比较多，主要包含两类技术：① 通过加入添加剂作为形貌指向剂来控制形貌。添加剂种类包括无机阴离子、表面活性剂、螯合剂等。② 通过控制晶体生长的条件(如前驱体的种类、反应体系、反应温度、反应时间、反应物浓度、溶剂等条件等)来调控材料形貌。

(2) 通过上述方法，可得到各种不同形貌结构的金属氧化物。如： 中空球，纳米线，纳米棒，纳米片，纳米花，多面体，暴露不同晶面的纳米晶等。

(3) 不同的形貌对各种性能有着显著的影响，在气体传感、锂离子电池、超级电容、生物传感及催化等领域均有应用。

3.2展望

主要概述了现阶段金属氧化物所具有的特殊形貌对于性能的影响及特定形貌的制备机理，着重于调控手段的介绍。形貌调控对性能影响的研究取得了较大的进展，但仍然存在着一些挑战。笔者认为，该领域以下几方面在今后的研究中仍有较大的研究意义：

(1) 虽然目前来讲，各种不同形貌的金属氧化物可以采用各种不同的合成方法来合成，但是，如何找到一种通用的合成方法，用以调控不同金属氧化物的不同形貌，这一点还存在挑战。

(2) 不同形貌金属氧化物的各种性能研究均有报道，但是大部分研究都处于合成一种特定的形貌而后表征其相关性能，系统研究形貌对性能影响的工作且从机理方面阐明形貌与性能关系的工作还有待进一步完善。

(3) 理论与实验相结合可以为该方向的工作提供一种有效的途径。比如采用MaterialStudio等模拟软件从理论上模拟出氧化物晶体不同形貌、晶面的控制途径，以及各种性能涉及的作用分子与氧化物表面之间的相互作用。再通过模拟的结果去指导实验的开展，会加快该方向研究的进展。

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Progressofresearchonmetaloxidesmorphologycontrolanditseffectonperformance

ZHENGZhilin,HEXiaowei,ZHAOJiawei,JITing,GENGWangchang

(DepartmentofChemistry,SchoolofScience,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710129,China)

Abstract:Inrecentyears,metaloxidemorphologycontrolhasmadegreatachievements.It’svitaltocontrolthemorphologyofmetaloxidetoimproveitsperformance,whichwasprovedfromtheapplicationofsensingmaterial,lithium-ionbatteries,supercapacitors,bio-sensingmaterials,catalysts,etc.Inthispaper,theprocessofthepreparationofseveraltypicalmorphologiesanditsformationprinciplewassummedup,andanoverviewofthecontrolmethodsforgeneralmorphologywasintroduced.

Keywords:metaloxide;nanomaterials;morphologycontrol;performance

文章编号：1001-9731(2016)06-06043-09

* 基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(21201140)；西北工业大学中央高校基础科研业务费资助项目(3102014JCQ01088)

作者简介：郑志林(1991-)，男，湖北黄冈人，硕士，师从耿旺昌副教授，从事金属氧化物形貌控制及其性能研究。

中图分类号：O647

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.06.008

收到初稿日期：2015-04-13 收到修改稿日期：2016-01-10 通讯作者：耿旺昌，E-mail:w.geng@nwpu.edu.cn