定制二维核壳杂化微凝胶胶体晶体/Au-PNIPAM二维胶体晶体齐岳生物

H9899齐岳

2021年04月19日 14:20

石墨烯是一种由碳原子构成的蜂窝状单层结构。2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov用剥离方法成功制备石墨烯并发现了其新奇的量子特性，2010年他们因此获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯具有超高的载流子迁移率、超高的透光率、室温下的量子霍尔效应等优良特性，使其在电子学、光学、磁学、催化、储能和传感器等领域有着巨大的应用前景，被称为 “未来材料”或“变革性材料”。石墨烯的成功引发了世界范围内对新型二维晶体材料的探索和研究热潮。

一般来讲，二维原子晶体材料需要进行功能化或图案化才可能实现进一步的应用。例如，在半导体产业中，半导体材料需要先利用光刻技术图案化，再进行电子掺杂或空穴掺杂，进而形成P-N结和晶体管等。二维原子晶体材料的功能化可以通过多种方式实现，例如，将分子或原子沉积到二维原子晶体材料表面实现掺杂，或者引入另一种二维原子晶体材料构建叠层结构等。

单层二硒化铂(PtSe2)具有两种构型，八面体型（1T）和三棱柱型（1H）。在此工作之前，2015年该研究组利用直接硒化Pt(111)基底的方法，制备出了高质量半导体性质的1T型单层二硒化铂(1T-PtSe2)单晶薄膜。在此工作基础上，他们通过对1T型单层二硒化铂薄膜(1T-PtSe2)进行退火处理(基底400℃)，使其表面形成硒原子空位缺陷，空位缺陷重新排列得到了三角形图案化的1H/1T-PtSe2单层薄膜。进一步对1H/1T-PtSe2薄膜补充硒原子并在较低温度下(基底270℃)退火，可以获得纯的1T-PtSe2薄膜，从而实现了1H/1T-PtSe2薄膜和1T-PtSe2薄膜之间的可逆转变。为了验证该材料潜在的功能化特性，他们将并五苯(Pentacene)分子沉积到1H/1T-PtSe2表面，发现并五苯分子选择性吸附在三角形的1H-PtSe2区域。

在进一步的实验中，他们将硒原子沉积到Cu(111)单晶表面，首次成功构筑了新型类石墨烯二维原子晶体材料-硒化铜（CuSe）。单层硒化铜（CuSe）具有蜂窝状结构，六元环中硒原子与铜原子交替排列成一种新型的双组分二维原子晶体材料，同时，为了释放CuSe与Cu(111)由于晶格失配产生的应力，单层硒化铜形成了六角排列的周期纳米孔洞结构，形成了一种天然图案化的二维原子晶体材料。孔洞的形状是边长为1 nm的等边三角形；结合密度泛函理论计算发现，只有周期性地缺失3个相邻的CuSe六元环才能够完全释放CuSe与Cu(111)由于晶格失配产生的应力，从而形成了周期性的三角形孔洞阵列。将铁原子(Fe)和酞菁铁分子(FePc)分别沉积到单层硒化铜表面，他们发现Fe原子仅在三角形孔洞内部形成Fe13Se7团簇，而FePc分子则会选择性吸附在非孔洞区域。1H/1T-PtSe2和CuSe这两种具有纳米尺度自然图案的新型二维原子晶体材料虽然在超高真空环境中获得，它们在空气中也有很好的稳定性，预示了两种材料潜在的功能化应用前景。