第一作者：Yasutaka Nagaoka
通訊作者：陳歐
通訊單位：美國(guó)布朗大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
1. 實(shí)現(xiàn)了截角四面體量子點(diǎn)納米晶控制組裝成一維、二維、三維超結(jié)構(gòu)。
2. 發(fā)現(xiàn)了截角四面體納米晶多種超結(jié)構(gòu)的組裝來(lái)源于選擇性面-面接觸。
納米晶，尤其是具有特征晶面的納米晶，往往更具有各種獨(dú)特的納米效應(yīng)和特殊功能。多年以來(lái)，困擾所有納米科學(xué)家的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于，一旦納米晶從納米尺度形成宏觀尺度，其特殊功能就會(huì)極大地削弱甚至消失。因此，控制納米晶的組裝，對(duì)于將納米晶的優(yōu)異性能拓展到宏觀尺度，是納米技術(shù)實(shí)用化的重要議題。
多年以來(lái)，球形納米晶的組裝已經(jīng)取得諸多重大突破，在熱力學(xué)平衡的驅(qū)動(dòng)下，球形納米晶通常采用致密的fcc或hcp堆積形式。而具有更豐富、更有趣的納米效應(yīng)的多面體納米晶的組裝，卻鮮有研究。
有鑒于此，美國(guó)布朗大學(xué)陳歐課題組通過(guò)控制組裝條件，實(shí)現(xiàn)了將截角四面體量子點(diǎn)納米晶 (TTQD)組裝成一維、二維、三維等三種不同的超結(jié)構(gòu)。
圖1 . 截角四面體量子點(diǎn)納米晶的HAADF-STEM圖
研究人員基于團(tuán)隊(duì)之前研究工作，首先制備得到了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的截角四面體核殼結(jié)構(gòu)納米晶CdSe@CdS。四面體地面包裹磷酸正十八酯分子，其他三個(gè)平面則吸附油酸分子。如果考慮有機(jī)配體，整個(gè)四面體的邊長(zhǎng)大約10.3 nm。
超結(jié)構(gòu)組裝是采用常規(guī)的液滴涂布法：將含有量子點(diǎn)納米晶的正己烷溶液滴在硅片上的TEM銅網(wǎng)上，然后蒸干溶劑即可。通過(guò)控制納米晶的濃度和蒸干速度，研究人員實(shí)現(xiàn)了三種不同維度超結(jié)構(gòu)的組裝：
1）當(dāng)納米晶濃度較低時(shí)（0.2 mg/mL），幾秒鐘快速蒸干后，納米晶傾向于組裝成一維線性四螺旋超結(jié)構(gòu)。
2）當(dāng)納米晶濃度適中時(shí)（2.0 mg/mL），30秒蒸干后，納米晶傾向于組裝成二維準(zhǔn)晶超結(jié)構(gòu)。
3）當(dāng)納米晶濃度較高時(shí)（20 mg/mL），靜置2周蒸干后，納米晶傾向于組裝成三維bcc超結(jié)構(gòu)。
想怎么組裝，就怎么組裝，這么任性的多面體量子點(diǎn)，你見(jiàn)過(guò)嗎？
圖2. 一維手性四螺旋超結(jié)構(gòu)
圖3.二維準(zhǔn)晶
圖4. 基于三維團(tuán)簇的體心立方單晶
利用實(shí)空間和倒易空間中的技術(shù)，并結(jié)合小角X射線散射和廣角X射線散射等多種分析手段，研究人員對(duì)超結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精細(xì)的原子結(jié)構(gòu)表征。研究結(jié)果表明，不同維度超結(jié)構(gòu)組裝的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于熵和焓共同誘導(dǎo)的特定面-面接觸。
總之，這項(xiàng)研究開(kāi)拓了非球形納米晶的超結(jié)構(gòu)自組裝策略，為納米晶組裝成宏觀超材料并實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用提供了新的思路。
作者簡(jiǎn)介：
參考文獻(xiàn)：
Yasutaka Nagaoka, Ou Chen et al. Superstructuresgenerated from truncated tetrahedral quantum dots[J], Nature, 2018.
DOI: 10.1038/s41586-018-0512-5
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0512-5
