西工大新聞網(wǎng)7月13日電（安欽偉，閆娜）北京時(shí)間2023年7月13日，西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安欽偉課題組在Nature Materials上在線發(fā)表題為“Direct growth of single-chiral-angle tungsten disulfide nanotubes using gold nanoparticle catalysts” 的研究論文。此項(xiàng)研究在國際上首次提出了一種基于金納米顆粒催化的過渡金屬硫族化合物納米管生長新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了單手性角WS2和WSe2納米管的一步生長，并成功揭示了納米管手性特性與其結(jié)構(gòu)馳豫、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，為過渡金屬硫族化合物納米管的結(jié)構(gòu)調(diào)控和物性研究提供了新的思路。
西北工業(yè)大學(xué)為第一署名單位。安欽偉副教授為論文第一作者，安欽偉副教授和武漢大學(xué)袁聲軍教授為論文共同通訊作者。武漢大學(xué)博士后熊文奇和博士研究生呂鵬飛，南京航空航天大學(xué)胡峰副教授，普渡大學(xué)博士研究生俞祎康，河南科學(xué)院何小波博士和西北工業(yè)大學(xué)胡思奇博士，甘雪濤教授和趙建林教授為共同作者。
“一步生長”+“ 手性可控”，30年追尋終成真
過渡金屬硫化物納米管可以可等效為二維過渡金屬硫化物沿特定方向卷曲而成的一維管狀結(jié)構(gòu)，具有很多相較于其二維和三維結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)。早在1992年，過渡金屬硫化物納米管就被Reshef Tenne教授首次發(fā)現(xiàn)，其制備方法主要基于過渡金屬氧化物納米線表面硫化反應(yīng)形成多層納米管結(jié)構(gòu)。該制備方法過程繁多，難以控制，制備的納米管結(jié)構(gòu)隨機(jī)，無法調(diào)控。導(dǎo)致過去的30年過渡金屬硫化物納米管在手性控制、手性相關(guān)的物性研究以及器件應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢。相比1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管過去30年的蓬勃發(fā)展，過渡金屬硫族化合物納米管的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。阻礙其發(fā)展的主要“瓶頸”可以歸結(jié)為：缺乏對(duì)過渡金屬硫化物納米管簡(jiǎn)單有效的生長方法和手性調(diào)控策略。
我校青年教師安欽偉首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了WS2和WS2納米管的一步生長和手性調(diào)控，其中金納米顆粒的引入是實(shí)現(xiàn)一步生長的關(guān)鍵。金納米顆粒作為一維半導(dǎo)體納米線和碳納米管制備中的常用催化劑，被大量應(yīng)用和推廣。但是金納米顆粒對(duì)WS2和WSe2等過渡金屬硫族化合物納米管的生長是否有效，從未被提及。安欽偉首次嘗試將金納米顆粒引入過渡金屬硫族化合物的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)中，通過反應(yīng)參數(shù)不斷調(diào)試和探索，實(shí)現(xiàn)了WS2和WSe2納米管一步生長。進(jìn)一步生長機(jī)制和動(dòng)力學(xué)研究，揭示了金納米顆粒在過渡金屬硫族化合物納米管早期成核和生長過程中的獨(dú)特作用。
同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)生長襯底溫度的微小調(diào)控將導(dǎo)致完全不同的兩種生長機(jī)制和納米管不同的手性特性，首次實(shí)現(xiàn)單手性角納米管的生長和過渡金屬硫化物納米管的手性控制，為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究手性與其結(jié)構(gòu)馳豫、光學(xué)與電學(xué)等物性之間的關(guān)系奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。武漢大學(xué)袁聲軍教授理論團(tuán)隊(duì)利用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計(jì)算了單手性角和多手性角硫化鎢納米管的電子能帶，進(jìn)一步揭示了電子能帶與硫化鎢納米管層數(shù)、直徑和手性角之間的關(guān)系提供了理論支持。
圖1.以金納米顆粒催化輔助的硫化鎢納米管生長示意圖:步驟1-2：二維硫化鎢結(jié)構(gòu)在硅襯底外延生長；步驟3-4：金納米顆粒的存在使硫化鎢在其表面沉積并形成金顆粒-單層硫化鎢殼層結(jié)構(gòu)；不同的生長襯底溫度決定兩種不同的生長機(jī)制：5：界面生長模式對(duì)應(yīng)單手性角納米管的生長（~835–840 °C）和6：表面生長模式對(duì)應(yīng)多手性角納米管的生長（~840–845 °C）。
安欽偉課題組（西北工業(yè)大學(xué)新型量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物態(tài)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室）長期致力于過渡金屬硫族化合物納米管可控生長、手性調(diào)控、物性研究和量子器件研究。
課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/an_qinwei
該研究得到了國家自然科學(xué)基金青年和面上項(xiàng)目以及中央高校基本科研經(jīng)費(fèi)的資助支持。
近年來，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院深入貫徹落實(shí)中央和教育部關(guān)于基礎(chǔ)物理研究的決策部署，鼓勵(lì)拔尖青年人才挑戰(zhàn)科學(xué)難題開展“從0到1” 原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究，依托國家重大需求和我校國防科技特色，積極開展交叉學(xué)科研究，促進(jìn)“理工融合”，服務(wù)“三航”領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。指導(dǎo)青年教師開展有組織科研工作，先后在材料、光學(xué)和物理等領(lǐng)域做出了眾多原創(chuàng)性成果。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01590-5；News & Views評(píng)述文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01609-x
（審核：晁小榮）
