科學(xué)家開發(fā)了一種方法，可以在二硫化鉬(MoSe2)薄膜上自組裝六角形的有機(jī)多孔結(jié)構(gòu)，從而形成有序的納米結(jié)構(gòu)。二維過(guò)渡金屬二硫化氫(TMDs)在生長(zhǎng)過(guò)程中引入的缺陷往往對(duì)其性能產(chǎn)生較大影響。

當(dāng)兩個(gè)互為鏡像的晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中結(jié)合時(shí)，就形成了晶界。這就產(chǎn)生了一個(gè)線缺陷，稱為鏡像雙邊界(MTB)，雖然鏡像雙邊界通常不利于載流子/能量的傳輸和光學(xué)應(yīng)用，但鏡像雙邊界通常具有催化活性，可以作為納米級(jí)分子自組裝的模板。

新加坡國(guó)立大學(xué)物理系A(chǔ)ndrew WEE教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，包括研究員何曉燁博士和黃玉立博士，開發(fā)了一種方法，可以在分子束外延生長(zhǎng)二硫化鉬膜上自組裝二氨基苯那嗪(DAP)分子。二硫化鉬膜含有密集的鏡像雙邊界缺陷網(wǎng)絡(luò)，具有偽周期的“車輪”圖案。通過(guò)自組裝過(guò)程，二氨基苯那嗪(DAP)分子排列成多孔結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)呈交替的線性和三角形構(gòu)型，遵循底層二硫化鉬(MoSe2)層的六角形“馬車輪”圖案。

二氨基苯那嗪(DAP)是一種具有良好發(fā)光、電化學(xué)和生物化學(xué)應(yīng)用前景的有機(jī)化合物。這些結(jié)果表明，二硫化鉬單分子膜的位置依賴電子和化學(xué)性質(zhì)可以作為納米圖形的天然模板。與原始半導(dǎo)體二硫化鉬結(jié)構(gòu)域相比，這種位點(diǎn)特異性的分子自組裝過(guò)程具有更強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性。研究小組的第一原理計(jì)算表明，活躍的鏡像雙邊界與二氨基苯那嗪分子中的氨基結(jié)合，促進(jìn)了組裝過(guò)程。在解釋這項(xiàng)研究的意義時(shí)，Andrew WEE授說(shuō)：這些有缺陷的過(guò)渡金屬二硫化氫和多孔有機(jī)分子結(jié)構(gòu)可以找到潛在的應(yīng)用。

比如選址催化、分子傳感器或柔性有機(jī)光電器件，這項(xiàng)研究為在原子水平上制備納米二維過(guò)渡金屬二硫化氫表面提供了一條新的途徑，并為探索二硫化鉬的局部化學(xué)性質(zhì)提供了一個(gè)平臺(tái)?？刂贫S(2D)材料缺陷的密度和類型，促使開發(fā)新的方法來(lái)調(diào)整其物理和化學(xué)特性。特別是過(guò)渡金屬雙晶上的鏡像雙晶邊界(MTBs)，由于其具有電荷密度、波的躍遷和自旋電荷分離特性，引起了人們的廣泛關(guān)注。

在本研究中，展示了二氨基苯那嗪(DAP)分子多孔結(jié)構(gòu)在二硫化鉬六角形馬車輪圖形表面上的自組裝，該多孔結(jié)構(gòu)具有l(wèi)型和t型交替聚集構(gòu)型。與原始半導(dǎo)體二硫化鉬結(jié)構(gòu)域相比，這種位點(diǎn)特異性分子自組裝歸因于更具有化學(xué)活性的金屬鏡像雙邊界。第一性原理計(jì)算表明，活性MTBs與DAP分子中的氨基結(jié)合促進(jìn)了DAP組裝。研究結(jié)果證明了MoSe2單分子層的位置依賴電子和化學(xué)性質(zhì)，可以作為一個(gè)天然模板來(lái)創(chuàng)建有序的納米結(jié)構(gòu)。

博科園｜研究/來(lái)自：新加坡國(guó)立大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-10801-0

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