對于納米材料來說，將幾種不同的組分可控地匯聚在同一個納米顆粒上一直是一個難題。這個課題的難點在于：（1）精準可控的合成方法難以實現，或者方法對于多組分中的某些組分不具有普適性；（2）產量受制于制備合成方法，無法實現規模化生產，難以實際利用。除此以外，有一部分真正合成出的理想材料又受限于表征設備，無法準確展現合成的效果。

近日（2020年1月24日），Science 期刊發表了來自美國賓州州立大學Raymond Schaak 課題組的文章Rational Construction of a Scalable Heterostructured Nanorod Megalibrary。在這篇文章中，作者們以硫化銅（roxbyite copper sulfide，Cu_1.8S）為模板，使用了陽離子交換手段，基于不同材料晶格結構和界面反應活性的區別實現了一系列異質結構納米棒的可控合成。這一系列異質結構納米棒的成分面分析表征用到了布魯克的能譜儀設備。作者們推算，使用這種合成方法，可以合成多達65, 000種不同成分組成的納米棒異質結構材料，構建一個超級博物館。

上圖展現了合成的具體思路，先構建Cu_1.8S G-1（Generation 1的簡寫，寓意第一代，G-2以此類推）材料。之后通過陽離子交換方法逐漸替換G-1中的Cu⁺。替換過程可以選擇的陽離子包括Zn²⁺, In³⁺, Ga³⁺, Co²⁺和Cd²⁺。上圖B中展示了從G-1到G-6材料變化的全過程。

上圖B中提供的真實元素成分變化的情況來源于能譜面分析技術，STEM-EDS信號分別來自Cu K_α (紅), Zn K_α (綠), In L_α (黃), Ga K_α (淺藍), Co K_α (紫), and Cd L_α (深藍)。經過能譜儀表征，我們可以發現，不同的陽離子替換進G-1會因為界面效應而產生不同的結構，有的僅傾向于延短軸水平替換，比如：Zn²⁺和In³⁺；有的不光傾向于沿短軸水平方向替換，還沿著與長軸有40度夾角的方向替換，比如：Ga³⁺和Co²⁺；而Cd²⁺只會沿著G-1材料長軸方向替換。這背后的原因就是下圖M中不同金屬硫化物晶格結構內部的情況，在晶格匹配的情況下，晶界可以達成一種穩定的狀態，這也為異質結構納米棒的合成提供了可能性。

之后，作者們具體展示了這種方法全方位的可控合成能力。在第一步加入Zn²⁺時，可以根據不同反應條件(上圖第二行)選擇從頭部替換，中間替換以及兩端替換形成3種G-2。以此類推，從G-3到G-8材料，可以精準可控合成的材料數目從12漲到了12, 288種。然而真正會產生多少種不同的材料取決于“不同材料”的定義和第一步選擇的用于替換的離子。所以根據作者提出的定義，考慮到不同的G-2最終可以合成的不同異質結構納米棒的總數為65, 520 種。這些材料的所有成分表征全都是基于布魯克設備。

展會咨詢：

上海業務中心:

聯系人：郭輝 女士｜電話：86-21-5227 7516

E-mail：cityhui@vip.163.com

重慶業務中心:

聯系人：張鷺  女士｜電話：86-23-8138 1145

E-mail：lu7895630@163.com

市場、媒體、活動

聯系人：周寧 女士｜直線電話：199 5276 6723

E-mail:dajiang0032@163.com

客服、專業觀眾預登記

聯系人：邵秋艷  女士｜直線電話：021-8025 3858

E-mail:804192481@qq.com