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化学所在二维材料自组装研究中取得进展

导读: 在国家自然科学基金委和中国科学院先导项目的大力支持下,中科院化学研究所有机固体重点实验室研究员郑健课题组研究人员开发了一种简便的溶液诱导组装方法,可以几乎无损地获得本征TMDs纳米卷。

在国家自然科学基金委和中国科学院先导项目的大力支持下,中科院化学研究所有机固体重点实验室研究员郑健课题组研究人员开发了一种简便的溶液诱导组装方法,可以几乎无损地获得本征TMDs纳米卷。气相沉积法(CVD)制备的二维TMDs与衬底材料具有不同的热膨胀系数,因此从高温(>700oC)生长完成到冷却至室温时在二维材料表面会产生较大的张力。研究者仅用一滴乙醇溶液,滴到CVD生长的二维材料表面,利用乙醇溶液的插入效应,在5秒钟内获得了高质量的TMDs纳米卷(图1),收率接近100%。

扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼测试表征展示了获得的TMDs纳米卷卷曲致密、无杂质、高结晶性的特点。基于其阿基米德螺旋结构,纳米卷的整个片层都能够参与载流子的输运,与单层TMDs片相比,TMDs纳米卷的场效应晶体管迁移率是卷曲前单层TMDs片迁移率的30倍。独特的自封装结构使TMDs纳米卷展示了更高的光、电稳定性。此外,基于其内部开放的拓扑结构,以纳米卷为载体,在其间隙可调的层间负载了有机半导体分子、聚合物、纳米粒子、二维材料以及生命活性物质,制备了在分子水平上复合的异质TMDs纳米卷,这将会赋予TMD-NS新的属性和功能(图2)。这些独特的性质为未来TMDs纳米卷应用于太阳能电池、光探测器、柔性逻辑电路、能源存储和生物传感等领域提供了材料基础。

该工作近期发表在《自然-通讯》(Nature Commun. 2018, 9: 1301, DOI: 10.1038/s41467-018-03752-5)上。

图1 CVD生长的TMDs片自卷曲的示意图

图2 MoS2纳米卷的形貌 (a)、结构 (b)、光电性能表征 (c, d, h) 及复合TMDs纳米卷 (e, f, g)。(比例尺:a, c, d, 5 μm; b, 20 nm, 插图, 2 nm; f, 10 nm; g, 2 nm.)(来源:化学研究所)

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