【科学前沿】《自然•通讯》刊发材料学院翟天佑教授团队研究成果

来源:材料学院 浏览次数: 发布时间:2019-10-24 编辑:程亚楠

新闻网讯(通讯员 韩伟)10月17日,材料学院材料成形与模具技术国家重点实验室新材料与器件研究中心团队在《自然·通讯》(Nature Communications)上发表了关于二维分子晶体的最新研究成果“Two-dimensional inorganic molecular crystals”(二维无机分子晶体)。该工作由材料学院翟天佑教授团队、斯坦福大学崔屹教授团队和深圳大学张秀文教授团队共同合作完成。材料学院2017级博士后韩伟为论文第一作者,深圳大学黄浦博士为论文共同第一作者,翟天佑教授和崔屹教授为论文的通讯作者。

 

二维分子晶体,是一类由分子通过范德华力结合的新兴超薄晶体材料。与二维原子晶体相比,二维分子晶体具有诸多独特的优势,例如可大面积自组装、可设计的分子结构、可调控的分子性质、多样性的分子种类、优异的透明性以及柔韧性等。由于其突出的物理、化学性质,二维分子晶体有望应用于下一代半导体工业、光电器件、柔性器件、传感、催化和智能科技等领域。然而,当前研究的二维分子晶体仅仅局限于有机分子,无机分子晶体还鲜有报道。大多数有机分子对空气和热不稳定,易影响器件性能和实际应用。无机分子具有稳定性好、成本低廉等诸多优势,是非常有潜力的半导体材料。但是,作为一类新型的二维材料,二维无机分子晶体(two-dimensional inorganic molecular crystals, 2DIMCs)的可控制备面临着许多挑战。例如,传统的机械剥离或者液相法制备的样品往往出现小尺寸、厚度大、多晶相等缺点,而气相法获得的薄膜常出现表面形貌不均匀、结晶质量不高等问题。因此,开发一种可以制备大面积、高质量的二维无机分子晶体的策略是目前相关领域面临的一个巨大挑战。

 

在该研究中,翟天佑教授团队成功制备出薄至单分子层(约0.64nm)的二维Sb2O3无机分子晶体。团队成员通过实验结合计算发现,通过在气相合成中引入钝化剂,能防止材料的异相成核,且能抑制低能晶面的生长,使分子晶体沿高能晶面横向生长,从而获得单晶纳米片。此钝化剂辅助气相沉积(PAVD)的合成方法还能扩展到其他二维无机分子晶体的制备中。团队成员通过原位拉曼光谱发现,α相Sb2O3分子晶体可在升温条件下转变为β相Sb2O3链状晶体,而在降温时又可回到α相,是一个可逆相变过程。此相变过程还可通过原位透射电镜直接观察。通过对材料进行电子束辐照和加热,团队成员观察到了分子晶体从α相到β相的原子级结构变化过程,发现中间相和相边界的移动对新相的形成起到重要作用。该项工作首次将二维分子晶体的概念从有机分子引入到无机分子,极大地扩展了分子晶体研究领域,为未来二维分子晶体在电子、光电以及相变器件的应用打开了一个新的局面。

 

 

二维Sb2O3分子晶体的生长机理示意图

 

该研究得到国家杰出青年基金,博士后基金,湖北省创新群体,中央高校基本科研业务费等项目的资助。

 

文章链接:

 

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12569-9