顶刊动态 | Nature子刊/Nano Lett.等纳米材料前沿最新科研成果精选【第22期】

1、ACS Nano 手性石墨烯纳米带不依赖于衬底的生长

图1 手性石墨烯纳米带的生长示意图

圣塞瓦斯蒂安国际物理中心的Dimas G. de Oteyza（通讯作者）和西班牙圣地亚哥·德·孔波斯特拉大学的Diego Peña（通讯作者）等人经厄尔曼耦合和环化脱氢等多步反应合成了一种手性石墨烯纳米带（GNRs）。该GNRs不仅具有手性边缘结构，而且合成长度大幅增长、反应所需温度低，有望用于新一代纳米电子和光电子器件中。

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

2、Angew. Chem. Int. Ed. 一种不稳定的富勒烯衍生物的区域选择性合成、结晶学表征及其热处理衍生物

图2 富勒烯衍生物经热处理后生成几种不同的结构

华中科技大学材料科学与工程学院的卢兴教授（通讯作者）等人使用一种刚性连接试剂1,2-二叠氮甲基苯（1,2-bis(azidomethyl)benzene）区域选择性合成了不稳定的1,2,3,4-Bis(triazolino)[60]fullerene。该富勒烯衍生物经热处理后产生了几种不同的结构。研究人员采用单晶X射线衍射表征了这几种结构。考虑到该反应的高度选择性和单晶的高效生长，这种新型刚性连接试剂也可用于其他富勒烯的功能化和选择性合成。

文献链接：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. 金属纳米粒子诱导的单发射极显微镜的成像失真

图3 实验装置示意图

美国马里兰大学的Edo Waks（通讯作者）等人的研究表明，金属纳米粒子在距离超过300nm时会显著降低单发射极成像的精度。他们使用一个单量子点来探测金属纳米粒子诱导的成像失真的幅值和方向，结果显示该量子点的衍射点的移位超过35nm。该研究结果还表明，通过监测量子点的衍射光斑畸变，可以得到纳米粒子的高分辨率空间图像。该工作有助于进一步理解发射器和纳米结构之间的复杂的近场耦合，并为制造更高精度的超高分辨率显微镜开辟了新的机会。

文献链接：Nanostructure-Induced Distortion in Single-Emitter Microscopy（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01708）

4、Nano Lett. 纳米级亚波长发射器的GHz电致发光调制

图4 嵌有肖特基势垒的GaAs纳米线装置的GHz电致发光调制

意大利国家科学院高等师范学院和纳米科学研究所（Scuola Normale Superiore and Istituto Nanoscienze-CNR）的Francesco Rossella（通讯作者）等人研究了嵌有两个轴向肖特基势垒的GaAs纳米线装置的频率响应，结果表明其光发射可以调制到1GHz频率。该装置是采用Ni/Au电极的可控热退火技术在纳米结构体中形成富镍金属合金区而得到。该研究讨论了其发射机制和当前装置结构的局限性。

文献链接：GHz Electroluminescence Modulation in Nanoscale Subwavelength Emitters（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02020）

5、Nature Chem. 通过表面辅助共价偶联 石墨烯边缘熔附四吡啶

图5 熔融的2H-P和Ag吸附原子发生金属化形成Ag-P以及CO分子与Ag-P可逆结合的示意图

德国慕尼黑工业大学的Willi Auwärter（通讯作者）等人的研究证明，在用于石墨烯合成的Ag（111）金属衬底上，单卟啉可以脱氢偶联到石墨烯边缘。研究人员采用亚分子级分辨率的扫描探针技术观察到了四吡啶熔附到石墨烯边缘形成的不同共价偶联结构。此外，研究人员还成功地实现了大环伴随着衬底原子的金属化以及偶联物的轴向结扎。这种石墨烯纳米结构的合成过程有望用于构建功能可调的复合材料系统。

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

6、ACS Nano：受限空间中纤维素纳米晶的分级自组装

图6 纤维素纳米晶的分级自组装

复杂的分层结构在自然界中无处不在。通过控制不同基本结构单元的相互作用，大自然可以创造出多种多样的多功能材料。然而，这种对基本结构单元的控制能力，在人造材料中确实一个极其困难的挑战，其中的主要困难在于在不同得尺度上同时实现不同结构单元的相互作用。

而来自于剑桥大学的Silvia Vignolini（通讯作者）等人通过微米级收缩状的水滴中的纤维素纳米晶自组装得到了分层的的胆甾相的结构。在这种特殊的条件下，也低的几何结构戏剧性地影响到了纳米晶的自组装过程，而这样的一种影响也同时被理论模拟所验证。文中的工作，为利用可再生材料构筑从纳米到微米的分层结构材料发展出了一种方法学。

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

7、ACS Nano：电场定向的CdSe/CdS量子材料体系中的圆二色性

图7 电场定向的CdSe/CdS量子材料体系中的圆二色性

许多的生命体系都具有手性结构。而因为具有手性，许多手性纳米结构能够表现出一定的光活性。也正因此，手性纳米结构在光电领域、生物化学领域、医药领域表现出极大的应用前景。

来自俄罗斯圣彼得堡ITMO大学的Maria V. Mukhina（通讯作者）等人最近报道了CdSe/CdS量子材料体系的固有的各向异性的手性光响应性质。这种纳米材料在电场中会有固定取向，说明了该纳米结构对于圆二色信号的取向依赖性。此外，作者也利用理论模型结实率实验数据。通过理论的模型，作者展示出一种关于圆二色各向异性的理论与实验的直接关联。

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

8、Nano lett. 作为柔性且性能可靠的Ag纳米纤维导体材料实现大规模纺丝

图8 可弯曲网络状Ag纳米线的具体应用

银在所有的金属中具有较高的导电率以及较高的导热性，因此作为导体填充物以及电子期间的连接剂而受到了广泛使用。最近几年，Ag纳米线（直径在100nm－500nm，长度在10mm－100mm）已经作为电子和光学期间中重要的组装材料，例如可以作为透明电极、可穿戴期间以及传感器。最典型的例子是采用Ag纳米纤维作为透明电极来取代了ITO材料。透明电极广泛使用在光子器件、例如显示器、太阳能电池、只能窗口以及触屏显示器和LED。

日前来自清华大学的伍辉（通讯作者）研究团队报道了一种通过气体辅助溶液纺丝法来合成出高质量的银纳米纤维材料。相比于传统方法合成制备得到的Ag纳米纤维（长度在100mm以下），该方法制备的Ag纳米纤维可以无线长，因而可以很容易大规模组装成二维或者三维导体材料。

文献链接：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制备工艺合成出GaAsP纳米线

图9 Aerotaxy法制备GaAsP纳米线的制备工艺流程图

第III–V族元素构成的纳米线由于具有一些特殊的物理化学性质（例如三维结构的可控性，较高的长径比、高载流子迁移率以及较宽的能带宽度可调制性。使得该类纳米线成为未来电子器件、光子器件以及光电器件较为广泛使用的材料，然而商用基于器件的纳米线由于需要精确控制纳米线的三维结构以及材料的组成，这样限制了成本和生产效率。目前合成的主要方法是采用不同技术的外延生长法（例如金属有机气相外延生长法、分子束外延法以及化学束外延法），但是该类方法成本高，生长时间长，尺寸小。

日前来自瑞典隆德大学的Martin H. Magnusson（通讯作者）研究团队采用aerotaxy法（一种新型的连续气相大规模生长第III–V族元素构成的纳米线方法）生长出具有较高光学和结构性能的GaAsP纳米线。通过调节PH₃/AsH₃比例和生长温度，成功合成出了能带在1.42－1.90eV（在300K）和直径为80nm的尺寸可控的GaAs_1-xP_x（x＝0～0.43）纳米线。材料中P的比例受到生长温度以及原料中气体组成比例所控制，并且P元素在纳米线中分布较为均匀。

文献链接：GaAsP Nanowires Grown by Aerotaxy (Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02367)

10、Nat. Commun. 采用同步原子级电子ptychography技术实现对轻重原子的原子序数衬度同步成像

图10 同步原子级分辨率下的相干与非相干成像示意图

在电子显微镜下，原子分辨率级图像实现可以得到高信噪比、高衬度的轻元素像，但是提供较高的成分衬度像成为一个长期未解决的问题。对于由轻元素组成的材料（例如石墨烯、生物材料），高能电子在样品主要是一次散射，这样的散射条件只会出现在对电子束相位改变很小的样品中。使用电子束实现相衬度成像可以提高弱相位体（WPO：是指的样品很薄，电子束入射时对其振幅改变较小）的电子成像的信噪比。相比于非弹性散射电子以及X射线，中子散射，辐射损伤是限制的主要因素。材料中电场和磁场同样会影响电子束的相位改变，因此相衬度成像对于生物体结构、石墨烯类材料和磁场的探测起到了重要作用。

日前来自英国牛津大学的P.D. Nellist（通讯作者）研究团队拓展了扫描透射电子显微镜的成像功能，实现了非相干信号的与定量的相成像的同步出现。该项功能的出现可以实现复杂纳米结构中轻元素和重元素的同步成像，可以使用这项技术去解决对电子束敏感的碳结构的测量。该相衬度成像可以通过调节透镜的球差矫正实现成像效果的最优化。

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

本文由材料人纳米学习小组Sea，huaxuehexin和xukun提供，材料牛编辑整理。