納米材料前沿研究成果精選【第4期】

1、ACS Nano: 化學氣相沉積法制備大面積單晶六方氮化硼

六方氮化硼(h-BN)是一種與石墨烯具有相似晶格結構的層狀材料，這些層由蜂窩狀排列的硼原子和氮原子交替組成，硼和氮之間牢固的鍵合使其成為寬帶隙的材料。然而，在實際生產過程中，大多數方法不可避免地產生大量小h-BN域，導致邊界缺陷密度增加，器件均勻性差。近日，美國康奈爾大學的Michael G. Spencer (通訊作者)等人報道了制備六方氮化硼的新方法。作者通過低壓化學氣相沉積技術，在多晶銅上制備單層的、雙層的和三層的單晶六方氮化硼。單層h-BN的橫向尺寸為300μm，雙層和三層h-BN的橫向尺寸分別為60μm和40μm，比典型的h-BN多層結構大出兩個數量級。

文獻鏈接：Chemical Vapor Deposition Growth of Large Single-Crystal Mono-, Bi-, Tri-Layer Hexagonal Boron Nitride and Their Interlayer Stacking (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04841）

2、Nature Communications: 碳納米管激子絕緣體

在半導體中，如果一個電子從滿的價帶激發到空的導帶上去，則在價帶內產生一個空穴，而在導帶內產生一個電子，從而形成一個電子-空穴對。空穴帶正電，電子帶負電，它們之間的庫侖互相吸引作用在一定的條件下會使它們在空間上束縛在一起，這樣形成的復合體稱為激子。碳納米管為低能量電子的石墨烯圓柱體，由于無效的介電屏蔽和一維性導致的增強相互作用，顯示出強烈的激子效應。近日，來自意大利CNR-NANO的Massimo Rontani(通訊作者)等人通過對零帶隙碳納米管的多體擾動理論以及量子蒙特卡羅的第一原理計算，發現了激子絕緣體。激子可順序調節兩個碳原子晶格之間的電荷，其尺度與管半徑的倒數成比例，同時依賴于軸向磁場。

文獻鏈接：Carbon nanotubes as excitonic insulator (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01660-8）

3、Nature Communications: 雙層MoS₂的應變-剪切耦合

過渡金屬二硫化合物層狀材料由于面內和面外原子間相互作用強度的差異而具有各向異性的力學性能，機械擾動對其層內或層間相互作用的影響已被眾多學者所研究，然而層與層之間的相互關系卻很少提及。近日，來自韓國西江大學的Hyeonsik Cheong和韓國高等研究院的Young-Woo Son(共同通訊作者)等人提出了層狀材料在面內單向應變和層間剪切之間具有不可避免的耦合效應。作者通過測量應變下雙層MoS2剪切模式的拉曼位移確認這個效應。此外，作者還獲得一個未探索的非對角線彈性常數，表明拉曼光譜可以確定幾乎所有層狀材料的力學常數。

文獻鏈接: Strain-shear coupling in bilayer MoS₂ (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01487-3）

4、Nano Lett.：鹵化鉛納米線的自催化氣液固生長及其雜化鈣鈦礦結構轉變

鉛鹵化物鈣鈦礦(LHPs)在光電器件、光電探測器、發光二極管和激光器中具有良好的應用前景。通過氣相法可以精確地控制LHP納米線(NW)的結晶度、相組成和形態。近日，美國北卡羅來納大學教堂山分校的James F. Cahoon(通訊作者)等人報道了鹵化鉛納米線的自催化氣液固生長和LHP轉變。作者提出了PbX₂ 納米線(NW)的生長動力學模型，通過Pb和X的氣相結合，液態Pb催化劑與鹵素X過飽和，從而誘導NW生長。研究結果表明，NWs表現出高效的光學天線效應，散射效率和吸收效率顯著提高，達到了同厚度薄膜的兩倍以上。

文獻鏈接：Self-Catalyzed Vapor–Liquid–Solid Growth of Lead Halide Nanowires and Conversion to Hybrid Perovskites (Nano Lett., 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03514）

5、J. Am. Chem. Soc.：CdSe/CdS核殼結構納米晶體的制備及其光致發光特性

量子點(QDs)尺寸的膠體半導體納米晶作為重要的發光材料得到了迅速發展。特別是在顯示領域，色純度高、發光效率高、穩定性好和良好的溶液可加工性使得量子點成為最理想的發射器。然而，目前科學家們對量子點激發態的綜合控制還處于初步的理解和研究階段。近日，浙江大學彭笑剛教授(通訊作者)等人報道了CdSe/CdS核殼結構量子點的制備及其光致發光特性的最新研究結果。研究人員以CdSe/CdS核殼結構QDs為模型，系統研究了殼外延、配體交換、形態轉變等對CdSe/CdS核殼結構納米晶的光物理和光化學性質的影響，建立了合成具有目標性質的QDs的技術路線。

文獻鏈接：Ideal CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals Enabled by Entropic Ligands and Their Core Size-, Shell Thickness-, and Ligand-Dependent Photoluminescence Properties (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b07434）

6、Angew. Chem. Int. Ed.：層層自組裝制備導電MOF納米膜在室溫化學電阻傳感器上的應用

電子導電金屬有機骨架(EC-MOFs)是一種新興的多孔導電材料，在場效應晶體管(FET)、超級電容器、熱電器件、氧還原反應電催化劑和化學氣體傳感器等方面有著廣泛的應用。然而，高質量EC-MOFs納米膜的缺乏嚴重限制了其在高性能器件中的應用。近日，福建物質結構研究所徐剛研究員(通訊作者)等人報道了制備EC-MOFs納米膜的新方法。作者通過噴涂逐層液相外延法制備EC-MOF的可控薄膜，薄膜不僅能精確制備，而且表面光滑、結晶性好、取向度高，在氣體傳感器等方面具有很大的應用潛力。

文獻鏈接：Layer-by-Layer Assembled Conductive Metal–Organic Framework Nanofilms for Room-Temperature Chemiresistive Sensing (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201709558）

7、Adv. Funct. Mater.：具有光致電化學活性和環境穩定的CsPbBr3/TiO2核殼結構納米晶

鈣鈦礦納米晶(NCs)差的穩定性是阻礙其廣泛應用的重要因素。近日，來自美國雪城大學的Weiwei Zheng (通訊作者)等人報道了具有優異環境穩定性的CsPbBr₃/TiO₂核殼結構鈣鈦礦納米晶體及其光致電化學活性。研究人員首先采用TiO2前驅體對膠體CsPbBr₃ NC進行包覆，然后在300℃下煅燒得到TiO₂殼包覆的CsPbBr₃核殼結構。這些近單分散的CsPbBr₃/TiO₂核殼結構納米晶具有十分優異的水穩定性，其尺寸、結構、形態和光學性質可保持3個月以上不變化，是迄今為止水穩定性最好的無機殼鈍化的鈣鈦礦納米晶。另外，TiO2殼能夠抑制陰離子交換和光降解，大大提高了CsPbBr₃核的化學穩定性和光穩定性；而且，光致發光(PL)和(光致)電化學表征顯示導電的TiO2殼能夠提高電荷分離效率，從而提升其水中的光電活性。該研究為水相鈣鈦礦型納米晶在光電和光催化等領域的應用提供了新思路。

文獻鏈接：Photoelectrochemically Active and Environmentally Stable CsPbBr3/TiO2 Core/Shell Nanocrystals (Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704288）

8、ACS Nano：石墨型氮觸發碳量子點的紅色熒光

碳量子點(CDs)是一種穩定的和高度生物相容的熒光材料，在細胞標記、光學成像、LED和光電子技術方面有著廣泛的應用。近日，來自捷克帕拉茨基大學的Radek Zbo?il (通訊作者)等人報道了一種具有優秀可控熒光的全色彩CD。經XPS分析表明，石墨型氮濃度的增加是導致N-CD從藍色到紅色熒光轉變的關鍵因素。此外，作者還通過理論計算詳細解釋了石墨型氮在CD熒光紅移中的作用。

文獻鏈接：Graphitic Nitrogen Triggers Red Fluorescence in Carbon Dots (ACS Nano, DOI: 2017, 10.1021/acsnano.7b06399）

9、Science Advances ：一種人體輻射加熱和冷卻的雙模式紡織材料

保持體溫是人體最基本的需求之一。為了擴大環境溫度范圍，同時保持人體的熱舒適性，通過人體紅外輻射來控制衣物的加熱和冷卻從而實現人體的熱量管理得到了科學家們的廣泛關注。近日，來自斯坦福大學的崔屹教授(通訊作者)等人報道了一種特殊的紡織材料，在無任何能量的輸入的情況下，能夠實現被動的輻射加熱和冷卻雙工作模式。該雙模式紡織材料由雙層發射體包埋在可紅外透過的納米多孔聚乙烯(nanoPE)層內構成。研究表明，發射率和nanoPE厚度的不對稱特性可以形成兩種不同的傳熱系數和加熱/冷卻兩種工作模式。當低發射率層朝外時為加熱狀態；當高發射率層朝外時，將通過織物內部磨損實現冷卻。

文獻鏈接：A dual-mode textile for human body radiative heating and cooling (Science Advances, 2017, DOI:10.1126/sciadv.1700895）

10、Science Advances ：超薄Si膜的復雜去潤濕花樣用于構筑大規模納米結構

去潤濕是自然界中非常普遍的種現象，很多有機和無機(如液體，聚合物，金屬和半導體)的薄膜都具有這種由表面張力和傳質所驅動的形狀不穩定性。近日，來自德國德累斯頓工業大學的Marco Salvalaglio、法國土倫大學的 Marco Abbarchi和意大利IFN-CNR的Monica Bollani(共同通訊作者)等人報道了一種利用固態去潤濕現象在絕緣體上(無定型SiO₂基體)制備大規模和超精細納米結構單晶Si薄膜的方法，并對制備過程進行了相場(PF)模擬，揭示了表面擴散的重要作用，模擬結果與實驗結果高度吻合。研究人員進一步將制備的Si薄膜花樣用作納米壓印主體，可將復雜的納米結構轉移到金屬氧化物干凝膠上，為不同材料的納米圖案化提供另一種選擇。這種去潤濕的操控在納米電路、波導、超表面、微流體器件和生物醫藥傳感等領域具有廣闊的應用潛力。

文獻鏈接：Complex dewetting scenarios of ultrathin silicon films for large-scale nanoarchitectures (Science Advances, 2017, DOI: 10.1126/sciadv.aao1472）

本文由材料人編輯部納米學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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