纳米材料前沿研究成果精选【第4期】

1、ACS Nano: 化学气相沉积法制备大面积单晶六方氮化硼

六方氮化硼(h-BN)是一种与石墨烯具有相似晶格结构的层状材料，这些层由蜂窝状排列的硼原子和氮原子交替组成，硼和氮之间牢固的键合使其成为宽带隙的材料。然而，在实际生产过程中，大多数方法不可避免地产生大量小h-BN域，导致边界缺陷密度增加，器件均匀性差。近日，美国康奈尔大学的Michael G. Spencer (通讯作者)等人报道了制备六方氮化硼的新方法。作者通过低压化学气相沉积技术，在多晶铜上制备单层的、双层的和三层的单晶六方氮化硼。单层h-BN的横向尺寸为300μm，双层和三层h-BN的横向尺寸分别为60μm和40μm，比典型的h-BN多层结构大出两个数量级。

文献链接：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: 碳纳米管激子绝缘体

在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑互相吸引作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。碳纳米管为低能量电子的石墨烯圆柱体，由于无效的介电屏蔽和一维性导致的增强相互作用，显示出强烈的激子效应。近日，来自意大利CNR-NANO的Massimo Rontani(通讯作者)等人通过对零带隙碳纳米管的多体扰动理论以及量子蒙特卡罗的第一原理计算，发现了激子绝缘体。激子可顺序调节两个碳原子晶格之间的电荷，其尺度与管半径的倒数成比例，同时依赖于轴向磁场。

文献链接：Carbon nanotubes as excitonic insulator (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01660-8）

3、Nature Communications: 双层MoS₂的应变-剪切耦合

过渡金属二硫化合物层状材料由于面内和面外原子间相互作用强度的差异而具有各向异性的力学性能，机械扰动对其层内或层间相互作用的影响已被众多学者所研究，然而层与层之间的相互关系却很少提及。近日，来自韩国西江大学的Hyeonsik Cheong和韩国高等研究院的Young-Woo Son(共同通讯作者)等人提出了层状材料在面内单向应变和层间剪切之间具有不可避免的耦合效应。作者通过测量应变下双层MoS2剪切模式的拉曼位移确认这个效应。此外，作者还获得一个未探索的非对角线弹性常数，表明拉曼光谱可以确定几乎所有层状材料的力学常数。

文献链接: Strain-shear coupling in bilayer MoS₂ (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01487-3）

4、Nano Lett.：卤化铅纳米线的自催化气液固生长及其杂化钙钛矿结构转变

铅卤化物钙钛矿(LHPs)在光电器件、光电探测器、发光二极管和激光器中具有良好的应用前景。通过气相法可以精确地控制LHP纳米线(NW)的结晶度、相组成和形态。近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校的James F. Cahoon(通讯作者)等人报道了卤化铅纳米线的自催化气液固生长和LHP转变。作者提出了PbX₂ 纳米线(NW)的生长动力学模型，通过Pb和X的气相结合，液态Pb催化剂与卤素X过饱和，从而诱导NW生长。研究结果表明，NWs表现出高效的光学天线效应，散射效率和吸收效率显著提高，达到了同厚度薄膜的两倍以上。

文献链接：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核壳结构纳米晶体的制备及其光致发光特性

量子点(QDs)尺寸的胶体半导体纳米晶作为重要的发光材料得到了迅速发展。特别是在显示领域，色纯度高、发光效率高、稳定性好和良好的溶液可加工性使得量子点成为最理想的发射器。然而，目前科学家们对量子点激发态的综合控制还处于初步的理解和研究阶段。近日，浙江大学彭笑刚教授(通讯作者)等人报道了CdSe/CdS核壳结构量子点的制备及其光致发光特性的最新研究结果。研究人员以CdSe/CdS核壳结构QDs为模型，系统研究了壳外延、配体交换、形态转变等对CdSe/CdS核壳结构纳米晶的光物理和光化学性质的影响，建立了合成具有目标性质的QDs的技术路线。

文献链接：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.：层层自组装制备导电MOF纳米膜在室温化学电阻传感器上的应用

电子导电金属有机骨架(EC-MOFs)是一种新兴的多孔导电材料，在场效应晶体管(FET)、超级电容器、热电器件、氧还原反应电催化剂和化学气体传感器等方面有着广泛的应用。然而，高质量EC-MOFs纳米膜的缺乏严重限制了其在高性能器件中的应用。近日，福建物质结构研究所徐刚研究员(通讯作者)等人报道了制备EC-MOFs纳米膜的新方法。作者通过喷涂逐层液相外延法制备EC-MOF的可控薄膜，薄膜不仅能精确制备，而且表面光滑、结晶性好、取向度高，在气体传感器等方面具有很大的应用潜力。

文献链接：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.：具有光致电化学活性和环境稳定的CsPbBr3/TiO2核壳结构纳米晶

钙钛矿纳米晶(NCs)差的稳定性是阻碍其广泛应用的重要因素。近日，来自美国雪城大学的Weiwei Zheng (通讯作者)等人报道了具有优异环境稳定性的CsPbBr₃/TiO₂核壳结构钙钛矿纳米晶体及其光致电化学活性。研究人员首先采用TiO2前驱体对胶体CsPbBr₃ NC进行包覆，然后在300℃下煅烧得到TiO₂壳包覆的CsPbBr₃核壳结构。这些近单分散的CsPbBr₃/TiO₂核壳结构纳米晶具有十分优异的水稳定性，其尺寸、结构、形态和光学性质可保持3个月以上不变化，是迄今为止水稳定性最好的无机壳钝化的钙钛矿纳米晶。另外，TiO2壳能够抑制阴离子交换和光降解，大大提高了CsPbBr₃核的化学稳定性和光稳定性；而且，光致发光(PL)和(光致)电化学表征显示导电的TiO2壳能够提高电荷分离效率，从而提升其水中的光电活性。该研究为水相钙钛矿型纳米晶在光电和光催化等领域的应用提供了新思路。

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

8、ACS Nano：石墨型氮触发碳量子点的红色荧光

碳量子点(CDs)是一种稳定的和高度生物相容的荧光材料，在细胞标记、光学成像、LED和光电子技术方面有着广泛的应用。近日，来自捷克帕拉茨基大学的Radek Zbořil (通讯作者)等人报道了一种具有优秀可控荧光的全色彩CD。经XPS分析表明，石墨型氮浓度的增加是导致N-CD从蓝色到红色荧光转变的关键因素。此外，作者还通过理论计算详细解释了石墨型氮在CD荧光红移中的作用。

文献链接：Graphitic Nitrogen Triggers Red Fluorescence in Carbon Dots (ACS Nano, DOI: 2017, 10.1021/acsnano.7b06399）

9、Science Advances ：一种人体辐射加热和冷却的双模式纺织材料

保持体温是人体最基本的需求之一。为了扩大环境温度范围，同时保持人体的热舒适性，通过人体红外辐射来控制衣物的加热和冷却从而实现人体的热量管理得到了科学家们的广泛关注。近日，来自斯坦福大学的崔屹教授(通讯作者)等人报道了一种特殊的纺织材料，在无任何能量的输入的情况下，能够实现被动的辐射加热和冷却双工作模式。该双模式纺织材料由双层发射体包埋在可红外透过的纳米多孔聚乙烯(nanoPE)层内构成。研究表明，发射率和nanoPE厚度的不对称特性可以形成两种不同的传热系数和加热/冷却两种工作模式。当低发射率层朝外时为加热状态；当高发射率层朝外时，将通过织物内部磨损实现冷却。

文献链接：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膜的复杂去润湿花样用于构筑大规模纳米结构

去润湿是自然界中非常普遍的种现象，很多有机和无机(如液体，聚合物，金属和半导体)的薄膜都具有这种由表面张力和传质所驱动的形状不稳定性。近日，来自德国德累斯顿工业大学的Marco Salvalaglio、法国土伦大学的 Marco Abbarchi和意大利IFN-CNR的Monica Bollani(共同通讯作者)等人报道了一种利用固态去润湿现象在绝缘体上(无定型SiO₂基体)制备大规模和超精细纳米结构单晶Si薄膜的方法，并对制备过程进行了相场(PF)模拟，揭示了表面扩散的重要作用，模拟结果与实验结果高度吻合。研究人员进一步将制备的Si薄膜花样用作纳米压印主体，可将复杂的纳米结构转移到金属氧化物干凝胶上，为不同材料的纳米图案化提供另一种选择。这种去润湿的操控在纳米电路、波导、超表面、微流体器件和生物医药传感等领域具有广阔的应用潜力。

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

本文由材料人编辑部纳米学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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