北理工張加濤團(tuán)隊(duì)在頂級化學(xué)期刊《Chemical Reviews》發(fā)表異質(zhì)納米晶界面合成化學(xué)綜述
發(fā)布日期：2020-02-15 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：李亞鑫 審核：王振華 閱讀次數(shù)： 
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院院長張加濤團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《Chemical Reviews》（影響因子54.3）上在線發(fā)表題為《Nanointerface Chemistry: Lattice-Mismatched-Directed Synthesis and Application of Hybrid Nanocrystals》的綜述論文，對晶格失配度在異質(zhì)納米晶合成與應(yīng)用中的重要作用進(jìn)行了全面系統(tǒng)的闡述。
異質(zhì)納米晶以納米或量子尺度的金屬或半導(dǎo)體材料做為基元構(gòu)件，在催化、能量轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)、光電器件、生物醫(yī)學(xué)診斷與治療、量子信息處理等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。大量研究表明，不同基元構(gòu)件之間異質(zhì)界面的晶格結(jié)構(gòu)與電子特性對異質(zhì)納米晶的整體性能具有關(guān)鍵性作用，其深層原因是界面處晶格失配度的大小從熱力學(xué)上決定了晶體生長的不同機(jī)制。因此，晶格失配度是異質(zhì)納米晶合成與應(yīng)用中的一項(xiàng)重要參數(shù)，其不僅與異質(zhì)納米晶合成的難易程度密切相關(guān)，同時(shí)會(huì)對所合成材料界面處的晶格缺陷及晶格應(yīng)變狀態(tài)產(chǎn)生直接影響，從而可進(jìn)一步用于調(diào)控異質(zhì)納米晶的電子與光學(xué)特性。
基于詳盡的文獻(xiàn)調(diào)研，團(tuán)隊(duì)梳理近幾年在大晶格失配度（>40%）下異質(zhì)納米晶合成研究中積累的研究成果。在這篇綜述中，作者以晶格失配度為主線，系統(tǒng)分析了金屬@金屬、半導(dǎo)體@半導(dǎo)體、金屬@半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶在小晶格失配度（< 5%）、中等晶格失配度（5% - 20%）、大晶格失配度（>20%）三種不同情況下的合成與性能調(diào)控方法 （圖1）。例如，外延晶種生長法及陽離子交換法可適用于晶格失配度小于20%的金屬@金屬、半導(dǎo)體@半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶的可控合成。作者團(tuán)隊(duì)基于原創(chuàng)的“突破熱力學(xué)極限”的逆向競爭陽離子交換方法學(xué)，提出了全新的非外延生長策略，突破了異質(zhì)外延生長的晶格失配度限制，突破了異質(zhì)外延生長的臨界尺寸厚度，制備了不同形貌、不同厚度的金屬@單晶半導(dǎo)體核殼納米晶，為大晶格失配度下的納米界面調(diào)控提供了一種有效方法。此外，本綜述還詳細(xì)討論了如何通過晶格失配度來調(diào)控異質(zhì)納米晶在催化、發(fā)光、能量轉(zhuǎn)化等應(yīng)用領(lǐng)域的理化特性，并展示了具有原子級有序異質(zhì)界面的非外延金屬@半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶在量子信息、潔凈能源、醫(yī)學(xué)診療應(yīng)用中突出的性能優(yōu)勢。如作者團(tuán)隊(duì)基于制備的非外延金屬@半導(dǎo)體異質(zhì)納米晶，實(shí)現(xiàn)了將傳統(tǒng)的PHET機(jī)理下，Plasmon熱電子注入效率從2.75%到48%的根本性突破和高效光催化/光電催化應(yīng)用；以及作者團(tuán)隊(duì)基于Au@Cu2-xS核殼納米棒的近紅外雙模態(tài)光熱增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)高效光熱療殺死癌細(xì)胞應(yīng)用等。最后，文章指明了本研究領(lǐng)域目前存在的挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。
上述研究成果得到了結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料學(xué)院先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)中心的平臺(tái)支持，得到了國家自然科學(xué)基金 (Grant No. 51702016, 51631001, 51872030, 21643003, 51501010)和科研院創(chuàng)新人才支持計(jì)劃經(jīng)費(fèi)的支持。北理工材料學(xué)院劉佳研究員為第一作者，北理工張加濤教授為通訊作者，北理工為唯一通訊單位。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.9b00443
附作者簡介：
劉佳研究員：2013年碩博連讀畢業(yè)于中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，獲理學(xué)博士學(xué)位（導(dǎo)師：李燦院士，楊啟華研究員）；2014-2016年，在日本國家材料科學(xué)研究所（NIMS）進(jìn)行博士后研究 （合作導(dǎo)師；有賀克彥，阿部英樹）。2016年加入北京理工大學(xué)材料學(xué)院張加濤教授研究團(tuán)隊(duì)，任特別研究員，博士生導(dǎo)師。自加入北理工以來，以第一作者或通訊作者在Chem. Rev.、 Nano Energy、 J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interface、Chem. Commun.、Nanoscale等國際知名期刊發(fā)表SCI論文十余篇。主要研究領(lǐng)域：納米晶可控合成；太陽能光-化學(xué)轉(zhuǎn)化；光（電）催化。
張加濤教授，英國皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士（FRSC），北理工化學(xué)與化工學(xué)院院長，醫(yī)工融合研究院獨(dú)立PI。2006年獲得清華大學(xué)化學(xué)系無機(jī)化學(xué)理學(xué)博士學(xué)位（導(dǎo)師：李亞棟院士）。2006-2011，先后在德國卡爾斯魯厄大學(xué)Dieter Fenske院士、美國馬里蘭大學(xué)Min Ouyang課題組做博士后研究。2011年以首位徐特立特聘教授加盟北京理工大學(xué)材料學(xué)院至今，擔(dān)任結(jié)構(gòu)可控先進(jìn)功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。張加濤教授主要從事納米材料化學(xué)研究，摻雜半導(dǎo)體納米晶及異質(zhì)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)合成、組裝及光電、新能源、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。第一作者或通訊作者在Nature、Science、Chem. Rev.、Nature Nanotech.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、Adv. Functional Mater.、J. Mater. Chem. A、Chem. Mater.、Small、J. Phys. Chem. Lett.等國際頂級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文70余篇，研究工作已被他人引用4000余次，單篇他引超過900次。一級學(xué)會(huì)優(yōu)博、校級優(yōu)博/優(yōu)碩9人次。榮獲IUPAC杰出獎(jiǎng)、中國材料學(xué)術(shù)聯(lián)盟IFAM2018青年科學(xué)家獎(jiǎng)等。
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