納米材料是納米技術(shù)發(fā)展的基石，實(shí)現(xiàn)納米材料的精確設(shè)計(jì)和控制制備，則應(yīng)該在納米技術(shù)的戰(zhàn)略規(guī)劃中占據(jù)核心地位。然而，近30年來(lái)，即便是經(jīng)過(guò)這么科研團(tuán)隊(duì)這么多年的攻關(guān)，納米晶，尤其是膠態(tài)納米晶在保證尺寸均勻性的前提下，實(shí)現(xiàn)批量化穩(wěn)定合成依然并非易事。這樣，一方面導(dǎo)致成本居高不下，一方面甚至沒(méi)有足夠的樣品進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，這也是很多納米材料多年來(lái)難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
2018年，雖然大多數(shù)科研團(tuán)隊(duì)更多地走向應(yīng)用型研究，但是依然有一批人在默默努力，他們開(kāi)發(fā)了一系列合成策略，讓納米材料的合成制備變得更加精準(zhǔn)可控，更加普適性，更具規(guī)?；糯蠛蛯?shí)用性。
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二維材料大放異彩
Nature：一招合成47種二維材料，涉及12種金屬！
新加坡南洋理工大學(xué)劉政課題組與日本國(guó)立產(chǎn)業(yè)綜合研究所（AIST）林君浩博士（現(xiàn)南方科技大學(xué)），中國(guó)科學(xué)院物理研究所劉廣同研究員合作，發(fā)展并完善了一種普適性的熔融鹽輔助化學(xué)氣相合成策略，系統(tǒng)地合成出了四十七種過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔?，涉?2種過(guò)渡金屬（Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pd、Pt、Fe）和3種硫族元素（S、Se、Te）。
南洋理工大學(xué)周家東（第一作者）等研究人員首先研究了常規(guī)CVD生長(zhǎng)二維材料的生長(zhǎng)過(guò)程。根據(jù)金屬前驅(qū)體的質(zhì)量流量和生長(zhǎng)速度，他們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量流量主要控制成核和晶疇生長(zhǎng)，而生長(zhǎng)速度決定了最終薄膜的晶粒尺寸。
Jiadong Zhou, Junhao Lin, Guangtong Liu,Zheng Liuet al. A library of atomically thin metal chalcogenides. Nature 2018. 556，355-359. DOI: 10.1038/s41586-018-0008-3
Science：有創(chuàng)意！晶圓級(jí)單層二維材料規(guī)模化制備！
麻省理工學(xué)院的Jeehwan Kim課題組發(fā)展了一種普適性的層數(shù)分辨分離技術(shù)（LRS），通過(guò)對(duì)單個(gè)硅片上生長(zhǎng)的單個(gè)堆疊的二維材料進(jìn)行剝離，實(shí)現(xiàn)了多種單層二維材料的晶圓級(jí)（5 cm）大尺寸規(guī)?；苽?。
單層分辨分離（LRS）技術(shù)主要是基于材料之間界面粗糙度的差異實(shí)現(xiàn)。根據(jù)以下界面粗糙度的強(qiáng)弱：Ni-2D>2D-2D>藍(lán)寶石-2D，且藍(lán)寶石-2D界面粗糙度可以忽略。研究人員首先在藍(lán)寶石基底生長(zhǎng)得到任意層數(shù)的晶圓級(jí)較厚二維材料，然后在相對(duì)粗糙的二維材料表面沉積Ni層，利用Ni和二維材料之間的強(qiáng)吸附作用將二維材料從藍(lán)寶石基底剝離，然后利用Ni將二維材料兩面夾住，再利用Ni-2D>2D-2D實(shí)現(xiàn)二維材料的單層剝離。實(shí)驗(yàn)證明，這種方法適用于h-BN, WS2, WSe2, MoS2以及MoSe2等多種二維材料的晶圓級(jí)單層剝離。
Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Wei Kong, Doyoon Lee, JeehwanKim et al. Controlled crack propagation for atomic precision handling ofwafer-scale two-dimensional materials. Science 2018.
多孔材料捷報(bào)頻傳
Science：晶種生長(zhǎng)二維COF單晶！
美國(guó)西北大學(xué)WilliamR. Dichtel課題組報(bào)道了一種晶種生長(zhǎng)微米級(jí)單晶二維COFs的新策略。以預(yù)先聚合生成的納米顆粒作為晶種，然后緩慢加入單體，最終得到微米尺度的多種二維單晶COFs。和正常晶種法一樣，合成的關(guān)鍵在于在第二步生長(zhǎng)階段單體加入速度的控制。如果加入速度過(guò)快，超過(guò)成核臨界濃度，將產(chǎn)生新的晶核，導(dǎo)致最終晶粒尺寸變小且不均勻。
Austin M. Evans, William R. Dichtel et al. Seededgrowth of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks. Science2018.
Science：大尺寸單晶COF的合成！
同樣是晶種法，蘭州大學(xué)王為教授、北京大學(xué)孫俊良教授以及加州大學(xué)伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作，發(fā)明了一種利用強(qiáng)亞胺鍵控制合成大尺寸單晶COFs的普適性策略。在合成體系中加入苯胺可以有效抑制成核，減慢反應(yīng)速度，從而控制生長(zhǎng)得到大尺寸單晶COF。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)苯胺的量，可以有效控制單晶COF的尺寸大小?；趶?qiáng)的亞胺鍵作用，研究人員發(fā)明了一套普適性的控制合成了大尺寸單晶COFs的新策略，合成的COFs包括COF-300,COF-303,LZU-79和 LZU-111等等。
TianqiongMa, Eugene A. Kapustin, Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi et al.Single-crystalx-ray diffraction structures of covalent organic frameworks.Science 2018, 361,48-52.
Science：200 nm有序大孔-微孔MOF單晶！
華南理工大學(xué)李映偉教授和美國(guó)德州大學(xué)圣安東尼奧校區(qū)陳邦林團(tuán)隊(duì)等人合作，基于雙溶劑工藝和PS納米球模板法制備了世界第一個(gè)有序大孔-微孔MOF單晶材料。研究人員首先將單分散的PS納米球組裝成高度有序的3D結(jié)構(gòu)，然后利用ZIF-8前驅(qū)體在PS模板上生長(zhǎng)ZIF-8，并浸泡在甲醇/氨水混合溶劑中；隨后，通過(guò)THF選擇性刻蝕PS模板，最終得到具有高度有序的超過(guò)200 nm的大孔-微孔結(jié)構(gòu)三維ZIF-8單晶（SOM-ZIF-8）。
Kui Shen,Yingwei Li, Banglin Chen et al. Ordered macro-microporous metal-organicframework single crystals. Science 2018, 359, 206-210.
納米晶樣品庫(kù)
Science：多元納米異質(zhì)結(jié)控制合成的普適性策略！
美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)Raymond E. Schaak課題組基于陽(yáng)離子交換策略，發(fā)展了一種多元納米異質(zhì)結(jié)控制合成的普適性策略。研究人員首先以Cu1.8S納米顆粒作為起始材料（第一代），通過(guò)Cd2+和Zn2+進(jìn)行不完全離子交換，得到最簡(jiǎn)單的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)（第二代）。然后以此簡(jiǎn)單的異質(zhì)結(jié)作為起始材料，繼續(xù)通過(guò)各種不同金屬離子進(jìn)行不同程度的多元離子交換，同時(shí)輔以選擇性刻蝕或者選擇性沉積方法，引入Cd、Zn、Co、Mn、Ni、Ag、Au、Pt等元素，制備得到更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多元納米異質(zhì)結(jié)。
這套策略適用于0D、1D、2D等各種形貌和維度的材料體系，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)、補(bǔ)丁結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、雕刻結(jié)構(gòu)等各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精確控制。2個(gè)一作一口氣做了47種異質(zhì)結(jié)納米結(jié)構(gòu)，不可謂不艱辛。
Julie L.Fenton、Benjamin C.Steimle, Raymond E. Schaak. Tunable intraparticleframeworks for creating complexheterostructured nanoparticle libraries. Science 2018, 360, 513-517.
Science：集齊八種金屬的納米高熵合金！
美國(guó)馬里蘭大學(xué)胡良兵課題組、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar課題組、麻省理工學(xué)院 Ju Li課題組、以及約翰·霍普金斯大學(xué)Chao Wang課題組通力合作，發(fā)展了一種基于碳熱震蕩（Carbothermal shock）的合成方法，將金屬前驅(qū)體分散在碳納米纖維表面，然后通過(guò)2000K高溫快速還原,實(shí)現(xiàn)了集成8種元素的單相高熵合金納米顆粒在形貌、尺寸、組成的控制合成。
Yonggang Yao, Zhennan Huang, Pengfei Xie, Steven D. Lacey,, Liangbing Hu, Reza Shahbazian-Yassar,Ju Li, Chao Wang et al. Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloynanoparticles. Science 2018, 359, 1489-1494.
Science：一個(gè)配方做10種雙金屬納米催化劑！
美國(guó)路易斯安娜州立大學(xué)Kunlun Ding團(tuán)隊(duì)基于表面無(wú)機(jī)金屬化學(xué)，發(fā)展了一種雙金屬納米顆粒的通用合成策略。研究人員獨(dú)辟蹊徑，通過(guò)SiO2載體，一步一步吸附，直接在載體上均勻形成雙鹽前驅(qū)體，解決了雙鹽前驅(qū)體的溶解性很差的苦惱，同時(shí)又增強(qiáng)了載體-前驅(qū)體的相互作用。最終，研究人員實(shí)現(xiàn)了一個(gè)配方做10種雙金屬納米催化劑。
Kunlun Dinget al.Ageneral synthesis approach for supported bimetallic nanoparticles viasurfaceinorganometallic chemistry. Science 2018, 362, 560-564.
石墨烯新玩法
Science：化學(xué)合成半導(dǎo)體納米孔石墨烯！
西班牙加泰羅尼亞納米科技研究所Aitor Mugarza, César Moreno和西班牙圣迭戈·德孔波斯代拉大學(xué)Diego Pe?a團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了一種化學(xué)分子前驅(qū)體聚合制備1 nm孔半導(dǎo)體石墨烯的新策略。研究人員采用類(lèi)似石墨烯納米帶的合成策略，以DP-DBBA為分子前驅(qū)體，在A(yíng)u(111)單晶表面。在200℃時(shí)分子開(kāi)始聚合，在400℃左右開(kāi)始形成納米帶。和之前的石墨烯納米帶不一樣的是，這種石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)并不是規(guī)則的直線(xiàn)型，因此，當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行450℃的退火操作時(shí)，石墨烯納米帶并沒(méi)有繼續(xù)變寬形成更寬的納米帶，而是聚合形成納米孔結(jié)構(gòu)的石墨烯。
CésarMoreno, Manuel Vilas-Varela, Bernhard Kretz, Diego Pe?a, Aitor Mugarza et al.Bottom-up synthesis of multifunctional nanoporous graphene. Science 2018, 360,199-203.
Science：看見(jiàn)單原子催化石墨烯生長(zhǎng)！
意大利里雅斯特大學(xué)的Laerte L. Patera課題組發(fā)展了一種實(shí)時(shí)成像技術(shù)，可以“看見(jiàn)”Ni表面的單原子催化石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程。研究人員以Ni(111)作為生長(zhǎng)基底，通過(guò)高分辨掃描隧道顯微鏡實(shí)時(shí)原位成像技術(shù)，從原子尺度和毫秒時(shí)間分辨率上發(fā)現(xiàn)，石墨烯邊界kink位點(diǎn)上，單個(gè)Ni原子參與到催化生長(zhǎng)過(guò)程中?；贒FT計(jì)算和反應(yīng)路徑的分子模擬，研究人員認(rèn)為，單個(gè)的Ni吸附原子有效降低了反應(yīng)能壘，是石墨烯CVD生長(zhǎng)過(guò)程中C原子不斷增加的驅(qū)動(dòng)力。
Laerte L.Patera et al. Real-time imaging of adatom-promoted graphene growth on nickel.Science 2018, 359, 1243-1246.
最后，讓我們啥也不說(shuō)，靜靜地看圖吧：
八層核殼結(jié)構(gòu)的MOF
Guowu Zhan and Hua ChunZeng*. Hydrogen spillover through Matryoshka-type (ZIFs@)n?1 ZIFs nanocubes[J].Nat. Commun.,2018.
具有完美LSPR的Ag納米球
LongLin, Min Chen, Haiyan Qin, and Xiaogang Peng*. Ag nanocrystals with nearlyideal optical quality: synthesis, growth mechanism, and characterizations.J. Am. Chem. Soc.,2018
具有完美單顆粒散射的Au納米立方體
Jeong-Eun Park, YeonheeLee and Jwa-Min Nam. Precisely Shaped, Uniformly Formed Gold Nanocubes with UltrahighReproducibility in Single-Particle Scattering and SurfaceEnhanced RamanScattering. Nano Lett. 2018.
單層原子晶體分子超晶格
Chen Wang, Lei Liao, YuHuang, Xiangfeng Duan et al. Monolayer atomic crystal molecular superlattices.Nature 2018, 555, 231–236.
下一代鋰離子電池新型負(fù)極材料
Yan Lu, Le Yu, Xiong WenLou. Nanostructured Conversion-TypeAnode Materials for Advanced Lithium-Ion Batteries, Chem, 2018, 4, 972 – 996.
系統(tǒng)化合成理論的建立，一方面是為了追求科學(xué)的樂(lè)趣，另一方面也是納米技術(shù)實(shí)際應(yīng)用最根本、也容易被忽略的基礎(chǔ)問(wèn)題。希望在納米合成的道路上，我們能走得更高、更遠(yuǎn)！
