基于过渡金属二硫族化物母体的纳米功能材料可控生长多样性的研究

纳米功能材料的可控生长及其制备方法的创新，是当前国际纳米材料科学研究的一个非常重要的前沿课题。本项目拟在申请人近期已发表成果的基础上，以NbSe2为研究起点，全面系统地开展基于过渡金属二硫族化物(TMX2,TM = Nb、Mo、Hf、Ta、W, X = S、Se、Te) 母体，演生出的纳米功能材料多样性生长的研究，着重于普适方法的探索和形成机理的挖掘。预期可建立一种低成本、高产出率制备纳米单晶材料的新方法。此方法"一石三鸟"，可将TMX2母体经三种不同的制备途径(晶格塌陷法、破坏性热蒸发法、催化热裂解法)分别获得：①单晶金属TM介观线、②单晶半导体X纳米线、③"无机类石墨烯"的TMX2纳米薄片等。并进一步对这三类材料进行磁、超导和电输运性能等介观物理学的研究。该工作不仅会丰富和发展传统的物理"热输运法",还将对揭示纳米结构可控生长多样性的规律有重要意义。

首先，由衷感谢2011年度国家自然科学基金进展对我的项目“基于过渡金属二硫族化物母体的纳米功能材料可控生长多样性的研究”（项目编号，51072179）的支持! .在此基金支持下，三年来（2011-2013年度）我以第一作者及唯一通讯联系人共发表八篇SCI论文，总SCI影响因子为30.862。截止到目前，已超过我们发表六篇SCI论文的目标。此外还有数篇论文正在评审以及撰写之中，我们将继续标注该项目基号。...我们的研究工作可分为两部分。具体如下：..1）.采用“催化热裂解法”制备“无机类石墨烯”二维TMX2 纳米薄片以及采用“输运法”制备非层状铅锌矿型（ZnO）单晶纳米薄片.根据当前全世界非常关注石墨烯及其衍生物的这一新的研究热点，我们重点集中在原基金“内容三：基于TMX2 母体，进一步揭示并完善“催化热裂解法”制备TMX2 型的“无机类石墨烯纳米薄片的生长规律”的研究内容，采用催化插层的“催化热裂解法”制备出“无机类石墨烯”二维TMX2 纳米薄片，①已成功获得更大面积超薄的 NbSe2 单晶纳米薄片(如图1 所示，尚未发表)。. .②采用铟辅助气相输运法(VPT)，我们制备了大而薄的透明规则形状的单晶氧化锌（ZnO）（0001）六角形纳米盘（最可几率的面积比例95 mm2，厚度40-70纳米）。这些大面积的ZnO六角形纳米盘具有优异的发光峰位于约384 nm和一个非常微弱的绿色很强的紫外发射带肩发射，从而进一步创造一个有前途的低缺陷浓度六角形纳米盘为主纳米光电子。最后，提出二维VPT增长机制以解释高质量纤锌矿型ZnO六角形纳米盘的形成。③ 通过改进工艺，我们还成功制备了透明、柔性、超大的氧化锌纳米纸状薄片（最大面积超过2000 mm2，厚度仅有30-60 nm），这是在非层状铅锌矿体系获得纳米薄片的一个成功例子。该纳米薄片具有强烈的紫外（382 nm）发射特点，是低缺陷的高质量准两维纳米单晶。我们还观察到了随着衬底温度降低，纳米氧化锌纸状薄片的形貌从纳米带向纳米线演变的现象。由此提出新的不同于早期“一维分叉和随后两维合拢”的, 静电力诱导的极性氧化锌结构单元交替互联的生长机理。我们的研究已扩展到非层状铅锌矿型（ZnO）单晶纳米薄片，见文献③-⑤。其科学意义在于丰富了二维原子晶体无机过渡金属二硫族化物领域。.2）我们通过“静电纺丝法”制备出各种功能氧化物纳米线。