中國科大超晶格異質(zhì)納米線的化學(xué)合成取得新進展

發(fā)布：cyqdesign 2021-05-17 12:48 閱讀：2097

將納米尺度功能性單元編程為高級復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅能表現(xiàn)出優(yōu)于單一組分的性能，還可以帶來奇異的化學(xué)/物理特性，從而為實現(xiàn)一系列光子學(xué)和電子學(xué)應(yīng)用提供了一條獨特的途徑。在過去數(shù)十年里，無機合成化學(xué)的發(fā)展已經(jīng)促使了一系列組分結(jié)構(gòu)各異的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，例如核-殼結(jié)構(gòu)、部分包覆結(jié)構(gòu)、二聚體結(jié)構(gòu)、枝狀結(jié)構(gòu)以及多級結(jié)構(gòu)等。然而，這類傳統(tǒng)構(gòu)型的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)受晶格匹配的外延生長規(guī)則限制，其材料種類非常有限。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團隊報道了一種新型軸向超晶格納米線的合成新方法，為外延集成這些傳統(tǒng)的非范德華固體提供了另一種有效途徑。該研究成果以“One-Dimensional Superlattice Heterostructure Library”為題發(fā)表在5月13日《美國化學(xué)會志》上 (J. Am. Chem. Soc.2021, 143 (18), 7013-7020)。

圖1. 組成、維度、晶相、界面和周期性可控的軸向超晶格納米線材料庫

一維軸向超晶格納米線作為一類新興的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有較大的晶格失配容忍度，從而表現(xiàn)出材料組合類型豐富、尺寸調(diào)控范圍廣、界面應(yīng)力工程設(shè)計靈活多變等特點。這些優(yōu)勢同時也意味著軸向分段納米線這類獨特的異質(zhì)結(jié)構(gòu)在光子利用、能帶工程設(shè)計、電荷載流子或激子特性調(diào)控等方面具備巨大的潛力。盡管如此，膠體軸向超晶格納米線的普適、精準合成至今尚無報道，不利于了化學(xué)家們對其構(gòu)效關(guān)系的深入理解以及對其應(yīng)用研究的進一步探索。

受此前研究團隊有關(guān)膠體量子點-納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)合成工作的啟發(fā)，研究人員發(fā)展了一種多步軸向編碼方法，以進一步引導(dǎo)其化學(xué)選擇性轉(zhuǎn)化反應(yīng)。具體而言，利用其此前發(fā)展的脈沖軸向生長策略，研究人員可精準操控CdS-ZnS量子點-納米線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，形成超晶格結(jié)構(gòu)，這類異質(zhì)納米線作為一種預(yù)先設(shè)計的、可重構(gòu)的納米尺度框架可進一步進行化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)系列軸向超晶格納米線的普適精準制備。這種復(fù)雜合成控制的關(guān)鍵是利用化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)差異來解耦超晶格納米線中相鄰的兩段。由此便能夠調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的選擇性，并精準設(shè)計超晶格納米線的成分、尺寸、晶相、界面以及周期性等參數(shù)。

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