名古屋大學(xué)（名大）于8月8日宣布，開發(fā)了一種通用的合成方法，該方法通過將界面活性劑與金屬離子共同析出，將其作為固體晶體用于鑄模，從而成功合成了10種“非晶納米片”，如鎵、鋁、銦、鈰等。

該成果由名大未來材料與系統(tǒng)研究所（IMaSS）的山本瑛祐助教和長田實(shí)教授等研究團(tuán)隊(duì)取得。詳細(xì)內(nèi)容已發(fā)表在英國在線科學(xué)雜志《Nature Communications》中。

研究背景

納米片（二維物質(zhì)）因其原子級別的薄度和二維納米結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出獨(dú)特的特性，顯示出與原三維物質(zhì)截然不同的特性和功能。以往主要使用天然存在的結(jié)晶性層狀化合物剝離得到的結(jié)晶性納米片，但近年來，1納米左右的極薄非晶納米片作為下一代材料備受期待。例如，由于其混亂的結(jié)構(gòu)，非晶納米片往往包含許多缺陷，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，同時(shí)由于應(yīng)力緩慢釋放，顯示出優(yōu)良的機(jī)械性能，這些都是與結(jié)晶性納米片完全不同的特征。

界面活性劑晶體用于合成非晶納米片的概念圖（來源：名大網(wǎng)站）

然而，由于非晶物質(zhì)為非層狀結(jié)構(gòu)體，一般的層狀化合物剝離法難以合成納米片。因此，傳統(tǒng)合成方法獲得的非晶二維材料通常厚度較大，僅在碳或硅等極為有限的組成中實(shí)現(xiàn)了納米片特有的效果。為開拓非晶納米片這一新材料群的科學(xué)，必須開發(fā)通用的合成方法。為此，研究團(tuán)隊(duì)此次嘗試通過故意析出界面活性劑，將其作為固體晶體用于鑄模，以合成各種非晶納米片。

(a) 界面活性劑與金屬離子混合時(shí)形成的層狀晶體和 (b) 氨水蒸氣處理后形成的晶體（來源：名大網(wǎng)站）

研究進(jìn)展

根據(jù)報(bào)道所說，前驅(qū)體界面活性劑與金屬離子的復(fù)合晶體可以通過混合常用的洗滌劑等界面活性劑水溶液和金屬離子水溶液來制備。這些前驅(qū)體界面活性劑晶體具有層狀結(jié)構(gòu)，金屬離子規(guī)則地排列在層間。研究人員在室溫下用氨氣水蒸氣處理這些界面活性劑晶體，使其保持層狀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，進(jìn)行層間金屬種的水解。隨后，通過將氨水蒸氣處理后的界面活性劑晶體浸泡在甲酰胺中進(jìn)行老化，促進(jìn)了金屬種的擴(kuò)散，成功制備了非晶納米片。

界面活性劑晶體用于合成非晶氧化/氫氧化鎵納米片（來源：名大網(wǎng)站）

例如，利用鎵離子（Ga³⁺）作為金屬種時(shí)，獲得的納米片在原子力顯微鏡測量中厚度約為1.5納米，通過透射電子顯微鏡觀察和限制視野電子衍射圖案確定為非晶物質(zhì)。此外，使用X射線光電子能譜法確認(rèn)了所得納米片為氧化物或氫氧化物。此外，還成功合成了包含鋁、鈧、鉻、錳、鐵、鈷、銠、銦、鈰等的各種納米片。

界面活性劑晶體用于合成各種非晶納米片（來源：名大網(wǎng)站）

此次研究通過故意不溶解界面活性劑而與金屬離子共同結(jié)晶，將金屬離子封閉在原子級平滑的二維空間中，從而提出了一種將固體晶體作為鑄模的新方法。通過分步驟促進(jìn)水解或重縮合，成功合成了傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的各種非晶納米片。預(yù)計(jì)這些新技術(shù)合成的材料將為探索二維材料和非晶材料的新性質(zhì)提供新的科學(xué)線索。

粉體圈Coco