中國科大等成功研制一維三元多節(jié)點鞘硫化物異質(zhì)納米棒

　　有效操控電荷流動是研究半導體體系中物理和化學性質(zhì)的核心內(nèi)容。異質(zhì)納米結(jié)構能夠集成不同組分的優(yōu)勢，而且常?？梢垣@得優(yōu)于單一組分的協(xié)同性質(zhì)。如何設計合理的合成方法制備新穎獨特的異質(zhì)納米結(jié)構，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鍵科學問題。

　　最近，中國科學技術大學俞書宏課題組與江俊課題組、福州大學王心晨課題組合作，基于液相化學轉(zhuǎn)換方法首次成功制備了一種獨特的一維三元多節(jié)點鞘硫化物異質(zhì)納米棒-[S1-(S2/M)]-S1-[S1-(S2/M)]-S1-，其中金屬組分選擇生長在分段節(jié)點鞘S2上（S1 = ZnS; S2 = CdS; M = Au, Pd, Pt），通過貴金屬的選擇性生長成功實現(xiàn)了二元type-I型異質(zhì)結(jié)能帶匹配到三元type-II結(jié)構的轉(zhuǎn)換。研究人員通過理論計算模擬分析表明，這種能帶分布保證了光生電子不但可以從CdS節(jié)點鞘轉(zhuǎn)移到金屬表面，而且同時能夠轉(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《德國應用化學》，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)的陽離子交換反應，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)點鞘異質(zhì)納米棒，再通過異質(zhì)生長進一步合成了三元-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-異質(zhì)結(jié)構。相比于傳統(tǒng)的核殼或簡單的復合結(jié)構，這種一維多節(jié)點鞘的結(jié)構特性能更高效地利用太陽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體（CdS）上的選擇性生長導致能帶結(jié)構的變化，從而實現(xiàn)type-I到type-II結(jié)構的轉(zhuǎn)換。

　　論文發(fā)表后，被MaterialsView選為研究亮點，被稱為“事實上，電子-空穴的分離在半導體材料應用領域一直是極為重要的過程，因而這里報道的材料設計策略為利用適當組分進行能帶工程調(diào)控并增強其協(xié)同功能提供了新的視角，這一工作為今后合理設計光電功能化的納米體系提供新的思路。”

　　上述研究得到國家重大科學研究計劃項目、國家自然科學基金委重點基金、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、中國科學院重點部署項目的支持。

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