题目：
半导体纳米线是直径约为亿分之一米，相当于是头发直径万分之一的一种纳米结构。由于其尺寸小，具有一些独特的光学和电子性能，所以它们在未来纳米科技的基础研究和实际应用中将会扮演很重要的角色。比如，纳米线具有高效传输一定能量电子的能力，其对发展太阳能电池有重要的意义。另外，富勒烯是一种碳笼分子，特别是C₆₀，是已知对称性最高的足球状巴基球富勒烯，它也是已知的迄今为止在有机聚合物太阳能电池应用中最有效的电子受体。然而，富勒烯在有机聚合物太阳能电池应用中遇到的一个很大的困难是难以控制聚合物和富勒烯混合物的形貌。为了解决这个问题，我们提出研制一种无机纳米线和富勒烯的混合结构，所以本课题的研究目标是制备出富勒烯分子包覆无机纳米线的微纳结构，并研究其光电性能。

研究方法：
第一步是利用各种自下而上的化学方法，包括直接溶液反应法，电化学反应法和原位界面反应法合成出无机纳米线。然后利用富勒烯聚合法，化学功能化修饰法和配体结合法把富勒烯附着在纳米线的表面。最后研究富勒烯–无机纳米线的核壳纳米结构的光电化学性质，并揭示其光诱导电荷分离，传输和收集的特征。

研究发现：
本课题最重要的发现是我们利用Cu(I)辅助富勒烯聚合方法制备出新型Cu₂O–C₆₀核壳纳米线。为了比较，我们也同时制备出Cu₂O–C₆₀核壳纳米颗粒。制备的过程如下：首先，我们利用原位生长法制备出Cu₂O纳米线。然后， 利用Cu₂O催化C₆₀和异氰基乙酸乙酯反应形成聚合富勒烯吡咯啉，并无缝包覆在Cu₂O纳米材料表面上。这种Cu(I)辅助富勒烯聚合过程是一个新的有意义的发现。它丰富了C₆₀的溶液化学法和表面化学。有趣的是，当我们利用Cu₂O纳米立方体作为核制备富勒烯核壳结构时，Cu₂O纳米粒子可以被酸化腐蚀除去，制备出单分散的C₆₀纳米盒子。

　

　

　

此外，我们也利用羧基作为连接使C₆₀单分子膜均匀的包覆在有纳米线分枝的四针状ZnO纳米材料表面，形成新的纳米核壳结构材料。同时，我们利用C₆₀–二硫代氨基甲酸配体取代CdSe纳米晶体表面的TOPO配体，制备出富勒烯二硫代氨基甲酸配体包覆CdSe纳米晶体的化学共轭结构。显然，这种技术可以很容易地移植到CdSe纳米线的表面富勒烯功能化上。

令人鼓舞的是，以上复合纳米材料显示增强的光诱导电荷分离、运输和聚集的性质。例如，我们已经证明铜基Cu₂O@C₆₀阵列比Cu₂O纳米带有更强的光电效率。同样，(C₆₀)₈–CdSe共轭结构比CdSe–TOPO纳米晶体和纯C₆₀有更强的光电效率，表明我们的共轭方法在太阳能电池的应用上具有可行性。

对相关领域或社会的影响：
本课题采用自下而上的方法制备出半导体纳米结构和富勒烯的纳米复合材料，其中前者是电子供体，后者是电子受体。同时，本课题发展的合成方法可以推广到其它复合材料的合成。实验证明，电子供体和受体在纳米尺度上的结合可以提高电荷分离形成电能的效率，从而提高太阳能的利用率，这也是当前全球关注的焦点。本课题证明了基于纳米尺度上电荷分离的材料设计理念，开启了新一代高效率，低成本的纳米结构太阳能电池的发展道路。现在，为了真正在电子器件上利用光诱导电荷分离，我们已经开始利用这个纳米结构作为激子太阳能电池的光阳极。

杨世和教授
化学系
香港科技大学
chsyang@ust.hk