中國(guó)科大等成功研制一維三元多節(jié)點(diǎn)鞘硫化物異質(zhì)納米棒

　　有效操控電荷流動(dòng)是研究半導(dǎo)體體系中物理和化學(xué)性質(zhì)的核心內(nèi)容。異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)能夠集成不同組分的優(yōu)勢(shì)，而且常?？梢垣@得優(yōu)于單一組分的協(xié)同性質(zhì)。如何設(shè)計(jì)合理的合成方法制備新穎獨(dú)特的異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，并且精確調(diào)控材料的組分、分布和形貌，仍然是目前尚待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

　　最近，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏課題組與江俊課題組、福州大學(xué)王心晨課題組合作，基于液相化學(xué)轉(zhuǎn)換方法首次成功制備了一種獨(dú)特的一維三元多節(jié)點(diǎn)鞘硫化物異質(zhì)納米棒-[S1-(S2/M)]-S1-[S1-(S2/M)]-S1-，其中金屬組分選擇生長(zhǎng)在分段節(jié)點(diǎn)鞘S2上（S1 = ZnS; S2 = CdS; M = Au, Pd, Pt），通過(guò)貴金屬的選擇性生長(zhǎng)成功實(shí)現(xiàn)了二元type-I型異質(zhì)結(jié)能帶匹配到三元type-II結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。研究人員通過(guò)理論計(jì)算模擬分析表明，這種能帶分布保證了光生電子不但可以從CdS節(jié)點(diǎn)鞘轉(zhuǎn)移到金屬表面，而且同時(shí)能夠轉(zhuǎn)移到暴露的ZnS組分，從而形成兩種富電子活性中心，促使光催化產(chǎn)氫性能得到顯著提高。該成果以Hot Paper發(fā)表在9月20日的《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》，并被選為內(nèi)封面。論文的共同第一作者為博士后莊濤濤和博士生劉研。

　　研究人員巧妙利用連續(xù)的陽(yáng)離子交換反應(yīng)，將均勻的ZnS納米棒成功轉(zhuǎn)化為二元-[ZnS-CdS]-ZnS-[ZnS-CdS]-ZnS-多節(jié)點(diǎn)鞘異質(zhì)納米棒，再通過(guò)異質(zhì)生長(zhǎng)進(jìn)一步合成了三元-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-異質(zhì)結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的核殼或簡(jiǎn)單的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種一維多節(jié)點(diǎn)鞘的結(jié)構(gòu)特性能更高效地利用太陽(yáng)光能并有利于電荷的連續(xù)傳輸。更重要的是，金屬在較窄帶隙半導(dǎo)體（CdS）上的選擇性生長(zhǎng)導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的變化，從而實(shí)現(xiàn)type-I到type-II結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。

　　論文發(fā)表后，被MaterialsView選為研究亮點(diǎn)，被稱為“事實(shí)上，電子-空穴的分離在半導(dǎo)體材料應(yīng)用領(lǐng)域一直是極為重要的過(guò)程，因而這里報(bào)道的材料設(shè)計(jì)策略為利用適當(dāng)組分進(jìn)行能帶工程調(diào)控并增強(qiáng)其協(xié)同功能提供了新的視角，這一工作為今后合理設(shè)計(jì)光電功能化的納米體系提供新的思路。”

　　上述研究得到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目的支持。

圖左：多節(jié)點(diǎn)鞘異質(zhì)納米棒；圖右：多節(jié)點(diǎn)鞘異質(zhì)納米棒的能帶結(jié)構(gòu)