第一作者：Junli Liu、Wenxiong Shi
通訊作者：Xun Wang
通訊單位：清華大學
研究亮點：
1. 通過“團簇-晶核共組裝”方法，首次實現了結構、尺寸高度有序的二維雜化CuO-PMA亞納米片的一步法可控合成。
2. CuO-PMA亞納米片在波長為808 nm的近紅外激光照射下，表現出了優異的光熱轉化性能。
3. 該亞納米片薄膜在太陽光水蒸發和海水淡化實驗中表現出了高效的水蒸發性能。
二維超薄納米片
目前，二維超薄納米片（厚度通常小于5 nm）由于其特殊的性質及其在催化、光學、能量和傳感等方面的廣泛應用，已經得到越來越多科研工作者的關注。在這些二維超細納米片中，雜化的二維超細納米片材料由于可能存在的不同組分之間的協同效應而往往在一些應用中表現出更為優異的性能。比如，雜化的二維超細納米片已經在鋰離子電池、太陽能電池和光催化等方面都展現出優異的性能。
根據已有的文獻報道，迄今已經發展了很多制備納米片的合成方法，比如，機械剝離、電化學鋰離子插層和剝離、溶劑中直接超聲、濕化學合成、化學氣相合成（CVD）等。然而，大多數合成雜化納米片的制備方法往往需要多步。同時，很難控制納米片內材料組分的分布。而且，如何將納米片的厚度限定在亞納米尺度依然是一個巨大的挑戰。
在王訓課題組最近發表的工作中，他們首次提出了“團簇-晶核共組裝”的方法。在亞納米尺度上，通過將結構明確的團簇在成核階段引入到無機材料的反應體系中，形成團簇與晶核的共組裝體，其可繼續生長形成具有亞納米結構的材料。
成果簡介
有鑒于此，清華大學王訓課題組在無機材料CuO成核階段引入磷鉬酸團簇干預成核，通過團簇-晶核共組裝的方法首次實現了二維雜化CuO-磷鉬酸（CuO-PMA）亞納米片的可控合成。分子動力學模擬的結果證明了PMA團簇通過與CuO分子共組裝，可以形成二維穩定的簡單四方構型的亞納米片。該亞納米片不僅在波長為808nm的近紅外激光照射下，表現出了優異的光熱轉化性能，而且還可用于太陽光水蒸發和海水淡化實驗中。其在1太陽光（1kW﹒m-2）下的能量轉換效率高達95.72%。該工作將為團簇-無機材料基的二維雜化亞納米片的合成和更廣泛的應用提供一條有效的研究路徑。
圖1. 團簇-無機材料基的二維雜化亞納米片。
要點1：CuO-PMA亞納米片的合成與表征
通過將PMA團簇引入到無機材料CuO的反應體系中，首次一步合成了形狀、尺寸分布均勻的二維雜化CuO-PMA亞納米片。
圖2. CuO-PMA亞納米片的表征。
要點2：CuO-PMA亞納米片的分子動力學模擬
利用分子動力學模擬成功構筑了PMA團簇與CuO分子相互作用的結構基元模型，得到了二維穩定的簡單四方構型的亞納米片結構。
圖3. CuO-PMA亞納米片的分子動力學模擬。
要點3：CuO-PMA亞納米片的光熱轉換性能
CuO-PMA亞納米片材料在波長為808 nm激光照射下，表現出了優異的光熱轉換性能。
圖4. CuO-PMA亞納米片材料的光熱轉換性能。
要點4：CuO-PMA亞納米片薄膜在太陽光水蒸發和淡水純化中表現出了高效的水蒸發性能
實驗獲得的CuO-PMA亞納米片材料制成的薄膜，在一個太陽強度照射下的水蒸發速率高達1.41 kg﹒m-2﹒h-1（相應的能量轉換效率為95.72 %）。同時，利用該薄膜淡化后的海水中，K+、Na+、Ca2+、Mg2+的濃度都發生了幾個數量級的降低。
圖5. CuO-PMA亞納米片薄膜在太陽光水蒸發中的性能。
圖6. CuO-PMA亞納米片薄膜在海水淡化中的性能。
小結
該工作利用“團簇-晶核共組裝”策略，通過在CuO體系中引入PMA團簇，首次實現了一步法可控合成結構、尺寸高度有序的二維雜化亞納米片材料。該亞納米片材料不僅表現出了優異的光熱轉換性能，而且，其在太陽光水蒸發和海水淡化實驗中還表現出了高效的水蒸發性能。該工作有望為更多種類的團簇-無機材料基二維雜化亞納米片材料的合成提供新的研究思路。
參考文獻
Junli Liu, Wenxiong Shi, Xun Wang.Cluster-nuclei co-assemble into two dimensional hybrid CuO-PMA sub-1 nmnanosheets. J. Am. Chem. Soc. DOI:10.1021/jacs.9b08818 (2019)
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b08818
作者簡介
王訓，博士、教授。國家杰出青年科學基金獲得者，教育部“長江學者”特聘教授，化學系系主任。94-01年就讀于西北大學，獲本科、碩士學位；04年獲清華大學博士學位。04-07年任清華大學化學系助理研究員、副教授，07年起任清華大學教授。主要從事無機納米材料化學研究，在無機納米晶體新結構控制合成、形成機制及組裝領域取得了一些進展。共發表SCI論文200余篇。
兼任《化學學報》編委、《中國科學：化學》編委，Editorial board member of Advanced Materials，Editorial board member of Nano Research，ScientificEditor of Materials Horizon，Associate Editor of ScienceChina Materials，Associate Editor of Science Bulletin，中國化學會副秘書長。曾獲首屆科學探索獎（2019）、Hall of Fame （AdvancedMaterials, 2018）、國際溶劑熱水熱聯合會ISHA Roy-Somiya Award （2018）、Fellow of the Royal Society ofChemistry（2015）、首屆高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）青年科學獎（2015）、第八屆“中國化學會－巴斯夫青年知識創新獎”、2009年第十一屆中國青年科技獎、2009年“中國化學會-英國皇家化學會青年化學獎”、2005 IUPAC Prize for Young Chemists等獎勵和榮譽。
