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2021年05月14日
软化学调控亚稳态金属硫族化合物纳米结构研究取得新进展

近日,英国皇家化学会《化学会评论》以“Tutorial Review”的形式发表了中国科学技术大学俞书宏院士课题组受邀撰写的评述论文“Soft chemistry of metastable metal chalcogenide nanomaterials”(Chem. Soc. Rev. 2021, DOI: 10.1039/d0cs00881h),阐述了利用“软化学”反应策略对亚稳态金属硫族化合物纳米结构进行物理化学调控的研究进展。

亚稳态金属硫族化合物纳米材料具有丰富的组分和晶相,可调的电子结构,而且易于发生各种化学转化,这为探究和发展纳米尺度的物理化学调控策略提供了崭新的视角和广阔的平台。软化学调控指的是在不完全破坏原有特征的前提下,实现可控的转化或基于此构筑更高级的结构。软化学反应通常在温和条件下进行,因而易于实现对化学反应过程和机理的调控,从而可以根据需要控制反应参数,对产物的组分和结构进行设计,进而达到裁剪其物理化学性质的目的。

近年来,俞书宏院士课题组围绕亚稳态金属硫族化合物纳米材料的“软化学”调控开展了系统的研究。研究人员发展了硫化铜基异质纳米结构的精准合成(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6365; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12913),并拓展到多元铜基硫族纳米晶的组分和晶相控制(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138,5576; Nat. Commun. 2020, 11, 5194);利用内在热转换反应和配体驱动的化学还原合成银基硫族纳米晶及其异质纳米结构的路径(Small 2013, 9, 3765; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5390);分别提出了区域选择性生长方法和“脉冲式轴向外延生长”方法连续催化生长成功合成了手性II–VI族半导体基异质纳米结构、尺寸和结构可调的一维胶体量子点-纳米线分段异质结(Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 192; Nat. Commun. 2018, 9, 4947);发展了二元软模板法控制合成硒化镍超细纳米线的新方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4020),实现了硫化镍基异质纳米结构维度和物相的可控合成(CCS Chem.2021, 3, 58);提出了磷掺杂和碱加热诱导硒化钴从立方相向正交相的晶相转变策略(Nat. Commun. 2018, 9, 2533; Nat. Commun. 2019, 1, 5338)。进一步探索了这些材料在催化和能量转换等领域的应用。

在该评述论文中,作者详细分析了金属硫族化合物纳米结构亚稳特性的具体表现形式,如离子的迁移和空位、热不稳定性和结构不稳定性、化学反应活性和晶相转变,以及基于以上特征设计相应的“软化学反应”路径,包括离子交换、催化生长、分离或耦合、模板嫁接或化学转化及晶相的稳定或构建。作者重点介绍了利用以上设计原则和转化规律对亚稳态金属硫族化合物纳米结构进行合成、修饰和功能化的最新进展。最后,作者对亚稳态金属硫族化合物纳米结构“软化学”调控研究的未来发展进行了展望,并提出了对这个领域主要存在的机遇及挑战的个人见解。

上述研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、重点项目、中国科学院前沿科学重点研究项目、合肥综合性国家科学中心、合肥大科学中心的支持。

论文链接:

https://pubs.rsc.org/ru/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00881h#!divAbstract


(合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院、科研部)

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