【引言】

    以石墨烯、MXene、h-BN等為代表的二維納米材料在光、電子領(lǐng)域廣為流行，一方面得益于尺度效應(yīng)賦予它們的獨(dú)特性能；另一方面，可以歸功于這些層狀結(jié)構(gòu)材料易于合成，甚至可以通過機(jī)械剝離的方法快速獲得。在二維材料的繁華背后，傳統(tǒng)光、電功能材料，如金屬氧化物半導(dǎo)體，本應(yīng)同享盛譽(yù)，但是由于它們通常以三維晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，其低維化較為困難。目前的高能合成方法過程復(fù)雜、成本高、且具有潛在的環(huán)境不友好因素，導(dǎo)致原子尺度的低維金屬氧化物材料發(fā)展緩慢，它們在尺度效應(yīng)下可能具有的獨(dú)特魅力還不為人所盡知。目前仍需要快速、簡便、綠色的合成方法幫助研究者開展低維金屬氧化物半導(dǎo)體的研究，以便揭開它們潛藏特性的面紗。

    【成果簡介】

    東華大學(xué)王宏志教授領(lǐng)銜的AFMG課題組與丹麥技術(shù)大學(xué)緊密合作，設(shè)計(jì)了一種通用的“無試劑化學(xué)合成”方法用以制備低維金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料（Reagent-Free Synthesis and Plasmonic Antioxidation of Unique Nanostructured Metal-Metal Oxide Core-Shell Microfibers, Advanced Materials, 2016, 28, 4097-4104）。這種方法僅需要金屬電極、一杯清水、一個電池，在室溫下半小時內(nèi)即可完成合成反應(yīng)。人人都能使用這種方法隨時隨地獲得一杯無色透明、但是飽含低維金屬氧化物的“礦泉水”。通過金屬電極材料晶體結(jié)構(gòu)的選擇，研究團(tuán)隊(duì)合成了僅1nm厚（~8個原子層）、數(shù)十微米大小的自支撐氧化鋅納米薄膜，這是迄今最薄的自支撐金屬氧化物材料之一（Reagent-Free Electrophoretic Synthesis of Few-Atom-Thick Metal Oxide Nanosheets, Chemistry of Materials, 2017, 29, 1439-1446）。由此引發(fā)的尺度效應(yīng)極大地提高了氧化鋅薄膜的帶隙，測量值（~4.1eV）超出了同類材料已有報(bào)道的范圍，這為氧化鋅納米薄膜在光、電子領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖1  “無試劑”化學(xué)合成金屬氧化物納米材料的示意圖

    目標(biāo)金屬用作陽極，而不同種類的導(dǎo)電材料可以用作陰極，盡管只有Pt被豁免。兩個電極之間的間隙從微米變化到厘米（3-26Vcm-1的直流場強(qiáng)度，但不限于該范圍）。

    圖2  “無試劑”化學(xué)合成的1nm厚氧化鋅納米薄膜

    （a）覆蓋在電極上的透明ZnO水凝膠薄層的照片。插頁示出了放大的圖像，其中ZnO水凝膠層在電極的邊緣是可見；

    （b）來自（110）面衍射斑點(diǎn)的IFFT圖像，示出了良好排列（100）面和排列（002）面。IFFT圖像對應(yīng)于面板d;

    （c）優(yōu)化QD的原子成像。從厚度方向看側(cè)面。該厚度與ZnO（0.52nm）c軸中單位參數(shù)的值的兩倍相匹配。表明量子點(diǎn)，納米帶和納米片只有9原子厚，即2D原子材料。

    圖3  從0維到3維：“無試劑”化學(xué)合成的多種形態(tài)金屬氧化物半導(dǎo)體材料

    圖示：0維到3維：“無試劑”化學(xué)合成的多種形態(tài)金屬氧化物半導(dǎo)體材料及顯示ZnO氣凝膠的3D多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖像

    【小結(jié)】

    該研究團(tuán)隊(duì)首次觀察到純水反應(yīng)池中材料從零維量子點(diǎn)、一維納米線、二維納米薄膜到三維宏觀纖維及凝膠的組裝過程。通過高分辨的過程研究，團(tuán)隊(duì)提出了晶面極性誘導(dǎo)組裝和電偶極矩誘導(dǎo)組裝兩種機(jī)理，可解釋不同晶體結(jié)構(gòu)的低維金屬氧化物的合成。該綠色合成方法也被證實(shí)適用于多種過渡金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的制備。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414