頂刊動態 | Nature子刊/Nano Lett.等納米材料前沿最新科研成果精選【第22期】

1、ACS Nano 手性石墨烯納米帶不依賴于襯底的生長

圖1 手性石墨烯納米帶的生長示意圖

圣塞瓦斯蒂安國際物理中心的Dimas G. de Oteyza（通訊作者）和西班牙圣地亞哥·德·孔波斯特拉大學的Diego Pe?a（通訊作者）等人經厄爾曼耦合和環化脫氫等多步反應合成了一種手性石墨烯納米帶（GNRs）。該GNRs不僅具有手性邊緣結構，而且合成長度大幅增長、反應所需溫度低，有望用于新一代納米電子和光電子器件中。

文獻鏈接：Substrate-Independent Growth of Atomically Precise Chiral Graphene Nanoribbons（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b05269）

2、Angew. Chem. Int. Ed. 一種不穩定的富勒烯衍生物的區域選擇性合成、結晶學表征及其熱處理衍生物

圖2 富勒烯衍生物經熱處理后生成幾種不同的結構

華中科技大學材料科學與工程學院的盧興教授（通訊作者）等人使用一種剛性連接試劑1,2-二疊氮甲基苯（1,2-bis(azidomethyl)benzene）區域選擇性合成了不穩定的1,2,3,4-Bis(triazolino)[60]fullerene。該富勒烯衍生物經熱處理后產生了幾種不同的結構。研究人員采用單晶X射線衍射表征了這幾種結構。考慮到該反應的高度選擇性和單晶的高效生長，這種新型剛性連接試劑也可用于其他富勒烯的功能化和選擇性合成。

文獻鏈接：Rigid Tether Directed Regioselective Synthesis and Crystallographic Characterization of Labile 1,2,3,4-Bis(triazolino)[60]fullerene and Its Thermolized Derivatives（Angew. Chem. Int. Ed.，2016，DOI: 10.1002/anie.201606385）

3、Nano Lett. 金屬納米粒子誘導的單發射極顯微鏡的成像失真

圖3 實驗裝置示意圖

美國馬里蘭大學的Edo Waks（通訊作者）等人的研究表明，金屬納米粒子在距離超過300nm時會顯著降低單發射極成像的精度。他們使用一個單量子點來探測金屬納米粒子誘導的成像失真的幅值和方向，結果顯示該量子點的衍射點的移位超過35nm。該研究結果還表明，通過監測量子點的衍射光斑畸變，可以得到納米粒子的高分辨率空間圖像。該工作有助于進一步理解發射器和納米結構之間的復雜的近場耦合，并為制造更高精度的超高分辨率顯微鏡開辟了新的機會。

文獻鏈接：Nanostructure-Induced Distortion in Single-Emitter Microscopy（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01708）

4、Nano Lett. 納米級亞波長發射器的GHz電致發光調制

圖4 嵌有肖特基勢壘的GaAs納米線裝置的GHz電致發光調制

意大利國家科學院高等師范學院和納米科學研究所（Scuola Normale Superiore and Istituto Nanoscienze-CNR）的Francesco Rossella（通訊作者）等人研究了嵌有兩個軸向肖特基勢壘的GaAs納米線裝置的頻率響應，結果表明其光發射可以調制到1GHz頻率。該裝置是采用Ni/Au電極的可控熱退火技術在納米結構體中形成富鎳金屬合金區而得到。該研究討論了其發射機制和當前裝置結構的局限性。

文獻鏈接：GHz Electroluminescence Modulation in Nanoscale Subwavelength Emitters（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02020）

5、Nature Chem. 通過表面輔助共價偶聯 石墨烯邊緣熔附四吡啶

圖5 熔融的2H-P和Ag吸附原子發生金屬化形成Ag-P以及CO分子與Ag-P可逆結合的示意圖

德國慕尼黑工業大學的Willi Auw?rter（通訊作者）等人的研究證明，在用于石墨烯合成的Ag（111）金屬襯底上，單卟啉可以脫氫偶聯到石墨烯邊緣。研究人員采用亞分子級分辨率的掃描探針技術觀察到了四吡啶熔附到石墨烯邊緣形成的不同共價偶聯結構。此外，研究人員還成功地實現了大環伴隨著襯底原子的金屬化以及偶聯物的軸向結扎。這種石墨烯納米結構的合成過程有望用于構建功能可調的復合材料系統。

文獻鏈接：Fusing tetrapyrroles to graphene edges by surface-assisted covalent coupling（Nature Chem.，2016，DOI: 10.1038/nchem.2600）

6、ACS Nano：受限空間中纖維素納米晶的分級自組裝

圖6 纖維素納米晶的分級自組裝

復雜的分層結構在自然界中無處不在。通過控制不同基本結構單元的相互作用，大自然可以創造出多種多樣的多功能材料。然而，這種對基本結構單元的控制能力，在人造材料中確實一個極其困難的挑戰，其中的主要困難在于在不同得尺度上同時實現不同結構單元的相互作用。

而來自于劍橋大學的Silvia Vignolini（通訊作者）等人通過微米級收縮狀的水滴中的纖維素納米晶自組裝得到了分層的的膽甾相的結構。在這種特殊的條件下，也低的幾何結構戲劇性地影響到了納米晶的自組裝過程，而這樣的一種影響也同時被理論模擬所驗證。文中的工作，為利用可再生材料構筑從納米到微米的分層結構材料發展出了一種方法學。

文獻鏈接：Hierarchical Self-Assembly of Cellulose Nanocrystals in a Confined Geometry（ACS Nano， 2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b03355）

7、ACS Nano：電場定向的CdSe/CdS量子材料體系中的圓二色性

圖7 電場定向的CdSe/CdS量子材料體系中的圓二色性

許多的生命體系都具有手性結構。而因為具有手性，許多手性納米結構能夠表現出一定的光活性。也正因此，手性納米結構在光電領域、生物化學領域、醫藥領域表現出極大的應用前景。

來自俄羅斯圣彼得堡ITMO大學的Maria V. Mukhina（通訊作者）等人最近報道了CdSe/CdS量子材料體系的固有的各向異性的手性光響應性質。這種納米材料在電場中會有固定取向，說明了該納米結構對于圓二色信號的取向依賴性。此外，作者也利用理論模型結實率實驗數據。通過理論的模型，作者展示出一種關于圓二色各向異性的理論與實驗的直接關聯。

文獻鏈接：Circular Dichroism of Electric-Field-Oriented CdSe/CdS Quantum Dots-in-Rods（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b04875）

8、Nano lett. 作為柔性且性能可靠的Ag納米纖維導體材料實現大規模紡絲

圖8 可彎曲網絡狀Ag納米線的具體應用

銀在所有的金屬中具有較高的導電率以及較高的導熱性，因此作為導體填充物以及電子期間的連接劑而受到了廣泛使用。最近幾年，Ag納米線（直徑在100nm－500nm，長度在10mm－100mm）已經作為電子和光學期間中重要的組裝材料，例如可以作為透明電極、可穿戴期間以及傳感器。最典型的例子是采用Ag納米纖維作為透明電極來取代了ITO材料。透明電極廣泛使用在光子器件、例如顯示器、太陽能電池、只能窗口以及觸屏顯示器和LED。

日前來自清華大學的伍輝（通訊作者）研究團隊報道了一種通過氣體輔助溶液紡絲法來合成出高質量的銀納米纖維材料。相比于傳統方法合成制備得到的Ag納米纖維（長度在100mm以下），該方法制備的Ag納米纖維可以無線長，因而可以很容易大規模組裝成二維或者三維導體材料。

文獻鏈接：Large-Scale Spinning of Silver Nanofibers as Flexible and Reliable Conductors ( Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02654)

9、Nano Lett.?采用Aerotaxy制備工藝合成出GaAsP納米線

圖9 Aerotaxy法制備GaAsP納米線的制備工藝流程圖

第III–V族元素構成的納米線由于具有一些特殊的物理化學性質（例如三維結構的可控性，較高的長徑比、高載流子遷移率以及較寬的能帶寬度可調制性。使得該類納米線成為未來電子器件、光子器件以及光電器件較為廣泛使用的材料，然而商用基于器件的納米線由于需要精確控制納米線的三維結構以及材料的組成，這樣限制了成本和生產效率。目前合成的主要方法是采用不同技術的外延生長法（例如金屬有機氣相外延生長法、分子束外延法以及化學束外延法），但是該類方法成本高，生長時間長，尺寸小。

日前來自瑞典隆德大學的Martin H. Magnusson（通訊作者）研究團隊采用aerotaxy法（一種新型的連續氣相大規模生長第III–V族元素構成的納米線方法）生長出具有較高光學和結構性能的GaAsP納米線。通過調節PH₃/AsH₃比例和生長溫度，成功合成出了能帶在1.42－1.90eV（在300K）和直徑為80nm的尺寸可控的GaAs_1-xP_x（x＝0～0.43）納米線。材料中P的比例受到生長溫度以及原料中氣體組成比例所控制，并且P元素在納米線中分布較為均勻。

文獻鏈接：GaAsP Nanowires Grown by Aerotaxy (Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02367)

10、Nat. Commun.?采用同步原子級電子ptychography技術實現對輕重原子的原子序數襯度同步成像

圖10 同步原子級分辨率下的相干與非相干成像示意圖

在電子顯微鏡下，原子分辨率級圖像實現可以得到高信噪比、高襯度的輕元素像，但是提供較高的成分襯度像成為一個長期未解決的問題。對于由輕元素組成的材料（例如石墨烯、生物材料），高能電子在樣品主要是一次散射，這樣的散射條件只會出現在對電子束相位改變很小的樣品中。使用電子束實現相襯度成像可以提高弱相位體（WPO：是指的樣品很薄，電子束入射時對其振幅改變較小）的電子成像的信噪比。相比于非彈性散射電子以及X射線，中子散射，輻射損傷是限制的主要因素。材料中電場和磁場同樣會影響電子束的相位改變，因此相襯度成像對于生物體結構、石墨烯類材料和磁場的探測起到了重要作用。

日前來自英國牛津大學的P.D. Nellist（通訊作者）研究團隊拓展了掃描透射電子顯微鏡的成像功能，實現了非相干信號的與定量的相成像的同步出現。該項功能的出現可以實現復雜納米結構中輕元素和重元素的同步成像，可以使用這項技術去解決對電子束敏感的碳結構的測量。該相襯度成像可以通過調節透鏡的球差矯正實現成像效果的最優化。

文獻鏈接：Simultaneous atomic-resolution electron ptychography and?Z-contrast imaging of light and heavy elements in complex nanostructures ( Nat. Commun.，2016，DOI: 10.1038/ncomms12532)

本文由材料人納米學習小組Sea，huaxuehexin和xukun提供，材料牛編輯整理。