近日，英国皇家化学会《化学会评论》发表了中国科学技术大学俞书宏院士课题组的评述论文“Polytypic metal chalcogenide nanocrystals”（Chem. Soc. Rev.,2024, 53, 9832-9873），评述了金属硫属同质异相（多形体）纳米晶的最新研究进展。
由具有化学元素相同但物相不同的材料组成的多形体纳米材料通常呈现出超越其纯物相的物理和化学性质，在光伏、电子和光催化领域展现出令人振奋的应用前景。近几十年来，已建立和发展了多种合成方法，制备了一系列IV、III-V和II-VI半导体多形体纳米晶。其中，金属硫属多形体纳米晶因其优异性能而被认为是光子和电子学应用中极具潜力的候选材料。然而，实现对金属硫属多形体纳米晶的形貌、组成、晶体结构、尺寸、同质结排列方式和周期性的精确控制仍然是一个巨大的挑战。
图. 金属硫属多形体纳米晶体的合成控制因素
在评述论文中，作者全面总结了金属硫属多形体纳米晶的合成方法及相关应用的最新研究进展，重点介绍了II-VI、铜基三元和铜基四元硫属多形体纳米晶。系统地讨论了金属硫属化合物的晶体结构、胶体化学法合成多形体纳米晶以及各种因素对多形体合成的影响（图）。该团队研究了多形体纳米结构因其独特的空间结构和特殊的带隙排列方式所带来的独特物理性质，而这些性质在简单的纯物相纳米材料中难以实现。随后，作者还综述了金属硫属多形体纳米晶在光伏、光催化、晶体管、热电、应力传感器等领域的最新应用进展。最后，作者对多形体纳米晶研究领域的未来发展进行了展望，提出了主要存在的机遇及挑战的个人见解。
多年来，在国家重点研发计划、国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家自然科学重点基金、新基石研究员项目等资助下，该团队围绕硫属半导体纳米晶的结构设计、精准制备和性能调控方面进行了系统性研究。研究人员发展了区域选择性生长法和“脉冲式轴向外延生长”法成功制备了一系列独特的一维II-VI族半导体基异质纳米结构（Nat. Nanotechnol.2020, 15, 192；Nat. Commun.2018, 9, 4947;Natl. Sci. Rev.2022,9, nwac025;Angew. Chem. -Int. Ed.2023,62, e202305571）；发展了胶体外延生长法，实现了铜基多元硫属多形体纳米晶的精准控制合成（Sci. Rep.2012, 2, 952；Nanoscale2014, 6, 3418-3422；J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 5576-5584），并揭示了同质异相界面能促进光生载流子分离，从而提高光催化产氢性能（J. Am. Chem. Soc.2016,138, 12913-12919;Nat. Commun.2021,12, 4296;Nat. Commun.2022,13, 5414）；此外，利用化学转化法成功合成了超晶格异质纳米线（Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 11495-500;Angew. Chem. Int. Ed.2016,55, 6396-400;J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 7013-7020;Nat. Commun.2024,15,3208）；通过双表面活性剂控制合成策略，成功实现了四元硫化物晶面的精准控制合成（Nat. Commun.2020, 11, 5194;J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 20620-20629）。同时，探索了这些新型纳米结构材料在催化和能量转换等领域的应用。
该项研究受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、新基石研究员项目、安徽省高校协同创新计划、安徽省科技重大专项等项目资助。
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/cs/d3cs01095c
（合肥微尺度物质科学研究中心、化学与材料科学学院、科研部）
