论文部分内容阅读
最近,超薄二维材料展现了独特的电子、光学和机械性质,在凝聚态物理、材料科学和化学等领域取得了重大的进展。发展新型的、性能优异的超薄二维材料极具潜力和价值。本文中,我们选取了极小尺寸的功能金属纳米点作为结构基元,在胶体溶液中利用自组装技术实现超薄二维结构的构筑:一方面,丰富了超薄二维材料的合成方法和种类;另一方面,也实现了胶体溶液中各向异性组装极小尺寸的结构单元的突破。同时,组装结构可以提高金属纳米点的荧光和催化性能,为实际应用奠定基础。我们从胶体自组装的本质和机理入手,赋予金属纳米点二维各向异性的自组装行为,获得单点厚度的超薄二维材料。以Au纳米点为研究模型,构建二元高沸点混溶溶剂体系,引入溶剂界面张力和微相层状软模板,协同多种纳米尺度自组装驱动力（包括偶极-偶极相互作用、范德华相互作用等）,结合熵效应,最终实现了超薄二维材料的构筑。进一步通过对体系中多种纳米尺度驱动力的定性、定量分析,借助实验观察、数学计算和理论模拟,深入地揭示了二维组装的动力学过程,实现了二维组装结构的厚度、形貌和侧向尺寸的可控。在建立了金属纳米点的超薄二维组装体构造方法之后,为了实现材料与功能性的一体化,我们将目光聚焦在价格低廉、地球储备量丰富的过渡金属Cu纳米点上。一方面,我们通过构筑Cu纳米点的二维自组装结构,实现了其光致荧光性能的提高。并且通过调控组装结构的形状、尺寸和紧致度等,实现了对其光致荧光性能的可控性。随后,实现了基于荧光Cu纳米点的白色发光二极管的构筑。另一方面,通过组装Cu纳米点获得超薄纳米带状组装结构之后,其在氧气还原反应中的电催化活性和稳定性有显著的提高。金属纳米点的组装结构具有稳定性好、自支持和可操作性高等优点,可以脱离胶体溶液通过一步硫化处理,实现超薄金属硫化物二维晶体的制备。比如,我们预先获得了硫醇稳定的Co纳米点的自组装结构,通过加热硫化处理,制备了单晶胞厚度的超薄Co9S8纳米片。这种超薄的二维晶体在水裂解析氧反应中展示了优异的电催化性能。值得强调的是,我们利用金属纳米点组装体作为原料,首次以非湿化学合成方法获得了非层状材料的二维晶体。