【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】認識材料生長的分子機制對于功能材料的合理設(shè)計、合成和優(yōu)化至關(guān)重要。近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉朋昕課題組(模型材料與表面化學(xué)實驗室)發(fā)現(xiàn)了一種二維二氧化鈦納米晶體的生長機制，進而提出一種新的材料晶化路徑，即通過一維分子鏈的定向附著實現(xiàn)二維納米片的生長。該研究發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。
 

圖1. 一維分子鏈的定向附著實現(xiàn)二維納米片的生長
 

　　二氧化鈦是一種常見的金屬氧化物，工業(yè)上被廣泛用作顏料、催化劑載體和半導(dǎo)體等。二氧化鈦材料的形貌和晶相決定了其表面結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，進一步?jīng)Q定了其各類應(yīng)用性能。2010年，清華大學(xué)王訓(xùn)教授組報道了一種二維青銅相二氧化鈦納米片(TiO2(B) NS)的合成方法，該材料的亞穩(wěn)晶相和超薄結(jié)構(gòu)引起了儲能、催化、生物等領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。然而，該材料的生長機制尚不明確，不僅難以用已知的各種晶化理論解釋，也阻礙了對其結(jié)構(gòu)和性能的理性調(diào)控。
 

　　在前期二氧化鈦液相相變的基礎(chǔ)上，劉朋昕團隊發(fā)現(xiàn)：一種一維鏈狀的(Ti-2EG)n金屬有機配位聚合物可以在水熱條件下生長成TiO2(B) NS，且這種聚合物也是使用其他鈦源合成TiO2(B) NS的必經(jīng)中間體。基于此，團隊提出了一種新的一維到二維的定向附著(1D-to-2D oriented attachment)晶體生長機理 (圖2)。這一機理在傳統(tǒng)的單體-單體附著(monomer-by-monomer addition)與非傳統(tǒng)的晶體定向附著(oriented attachment)之間建立起聯(lián)系，進一步闡述了二氧化鈦納米材料生長的分子機理，為納米材料的表面化學(xué)研究提供了新思路。
 

圖2. (Ti-2EG)n聚合物轉(zhuǎn)化為TiO2(B) NS的機理示意圖
 

　　物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2023級博士研究生吳煩為本項研究的第一作者，劉朋昕教授為通訊作者。上?？萍即髮W(xué)為唯一完成單位。