郑健：通过一滴乙醇卷起的过渡金属二硫族化合物纳米卷

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二维过渡金属二硫族化合物（TMDs），作为一种原子级超薄纳米材料，由于其独特的量子限域效应，展示了许多与其块体材料不同的电学、光学性质。具有精确的本征能带结构的TMDs，是石墨烯完美的互补材料，在场效应晶体管和相关光电器件方面有很大的应用潜力。最近，关注的焦点主要集中在生产它们的本征或异质结平面结构及其性质和应用研究，主要在二维尺度上。除了二维尺寸和形式的变化，原子级薄的TMDs片自组装，是一个新兴的领域，目前很少探索。作为一种纸状的薄膜材料，通过折叠和卷曲的组装过程可以把二维材料相对简单的结构变成复杂的拓扑结构，如纳米卷（NS）。这种纳米卷在继承二维材料原有优秀特性的同时，会产生与众不同的新性质。但是，目前的研究现状受限于机械强度和化学稳定性，高质量TMDs纳米卷的制备存在巨大的挑战。

近日，中国科学院化学研究所郑健课题组在Nature Communications上发表了题为“Rolling up transition metal dichalcogenide nanoscrolls via one drop of ethanol” 的文章（第一作者崔雪萍博士研究生）。研究团队报道了一种简便的溶液诱导组装方法，可以几乎无损的获得本征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）生长完成冷却到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TMD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，在其间隙可调节的层间可以负载不同尺寸的有机半导体分子、聚合物、纳米粒子、二维材料以及生命活性物质，获得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。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。