石墨烯纳米带

近年来,一种新型的准一维石墨烯基材料即石墨烯纳米带(graphene nanoribbons, GNRs)受到广泛关注,限域的宽度和丰富的边缘构型使其具有许多不同于二维结构大面积石墨烯的性质和应用。本文介绍了GNRs特殊的边缘效应以及由此产生的电学、磁学等特殊性质,在此基础上进一步介绍了GNRs典型的制备方法、缺陷种类、掺杂和化学改性等,并对功能化的GNRs的应用进行了展望。     

1,3-二苯基-2-吡唑啉纳米带的制备及其光波导性质

以1,3-二苯基-2-吡唑啉(DP)为目标化合物, 利用再沉淀方法, 以混合溶剂作为不良溶剂, 制备了形貌均一、宽度约2 μm、厚度200 nm和长度数十微米的一维纳米带状结构. 选区电子衍射结果证实, DP分子在纳米带中因为强的分子间π-π相互作用而沿着晶体[100]方向优势生长. 稳态光谱结果表明, DP纳米带具有不同于分子和体相材料的介观特性. 由于J-聚体在DP纳米带中优势形成, 其480 nm的发射峰与分子和体相材料相比分别红移了30和20 nm. 利用扫描近场光学显微镜进一步发现, 一维DP纳米带类似于天然的亚波长尺度谐振腔, 紫外激发DP分子发射的荧光被限域在DP纳米带中, 沿一维方向传导并在两端耦合输出.     

氮掺杂有序介孔少层碳: 一种新型高比电容电极材料

正碳材料具有丰富的结构构型、奇特的电子结构和非凡的物理性质。比如,单质碳的结构构型包括三维的金刚石、二维的石墨烯、一维的纳米碳管、零维的富勒烯球;其导电性能迥异,禁带宽度从金刚石的E_g=5.47 eV、C60的E_g=1.5 eV、半导型碳纳米管的E_g0 eV和金属型E_g=0 eV、到石墨或石墨烯的0 eV。这些特征为碳材料结构的设计和剪裁提供了便利,因此碳材料用作高性     

二维原子晶体材料的制备与应变传感特性研究

二维原子晶体材料由于具有优异的光、电、力、磁和热学等性能而引起了广泛的研究兴趣。尤其,二维原子晶体材料在微小形变下可以产生较大的电阻变化,且能够承受比相应体材料更大的弹性应变而不至于使其结构破坏,在应变传感器方面具有重要的潜在应用价值,并且有望构建在各种条件下适用的柔性集成化的电子器件。目前,二维原子晶体材料备受关注的是石墨烯、二硫化钼和黑磷。本文从上述三种典型二维材料的基本物性出发,基于其物理性质和微观结构从理论上解释二维材料的应变传感特性,并详细介绍二维材料的各种制备方法如机械剥离法、溶液法和化学气相沉积法(CVD)等。在材料制备的基础上,阐述了石墨烯、二硫化钼、黑磷在应变传感领域如健康监测、可穿戴器件、电子皮肤等方面的具体应用,并展望了二维材料未来的研究方向与应用前景。     

富含缺陷的2D/2D异质结促进光催化清洁能源转化

正低维纳米材料因其特有的厚度尺寸和低维结构等特点,使其具有相应块状材料所不具备的独特性能。低维材料的显著特征就是至少有一个维度低于100 nm;零维材料,如零维纳米颗粒、量子点;一维材料,如纳米棒、纳米线和纳米纤维;二维材料如纳米片、纳米盘等。催化材料维度的降低将显著改善其量子限域效应和电子结构,进而改善其催化性能~(1–4)。基于这些思路,研究者们开始致力于研究用于光催化作用的新型二维半导体超薄材料。研究表明,     

二维材料限域单原子催化剂研究进展

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

石墨炔与锡烯层状体系的形变势和电声耦合及载流子传输理论研究

我们对sp + sp²杂化的碳同素异形体—石墨炔,以及锡烯等层状体系的电子结构、形变势、电声耦合和电荷输运性质进行了回顾。有些二维石墨炔具有类似石墨烯的狄拉克锥,同时石墨炔电子结构可通过将其沿不同方向裁剪成不同宽度一维纳米带来调节。采用玻尔兹曼输运方程和形变势近似,结合第一性原理计算,我们预测石墨炔电荷载流子室温迁移率可达10⁴–10⁵ cm²·V^-1·s^-1,尤其6, 6, 12-石墨炔,因有两个狄拉克锥及比石墨烯弱的电声耦合,其室温迁移率甚至能高于石墨烯。因此具有独特电子结构和高迁移率的石墨炔能成为继石墨烯之后未来的纳米电子器件材料。此外我们着重分析了形变势方法的适用性：密度泛函微扰理论和瓦尼尔插值技术能精确计算任意波矢和模式的声子对载流子散射,该方法在石墨烯和石墨炔上的运用表明二维平面碳材料中对载流子输运起主导作用的是长波长纵声学声子散射,因而形变势方法是适用的;但通过对锡烯等二维非平面buckling结构的材料声子散射和迁移率的计算,发现此类不具备σ_h对称性的材料有较强的面外声子散射和横声学声子谷间散射,使得常用的形变势失效。     

二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

水热法制备低维氮化硼纳米结构的研究进展

作为一种宽禁带绝缘材料，氮化硼由于其高导热性、强化学惰性和高热稳定性在热界面材料、光催化和电催化以及储能材料方面引起了广泛的研究兴趣.低维氮化硼纳米结构，如二维纳米片、一维纳米管、纳米棒、纳米线、零维纳米球和量子点等，具有高热导率（600 W/mK）和超宽带隙（5～6 eV），在高导热复合材料、热电材料及电子封装材料等领域具有很好的应用前景，其制备技术及相关性能研究是近年来材料科学领域的热点之一.主要详述了目前水热法制备低维氮化硼（BN）纳米结构的研究进展及存在的问题，并指出深入研究合成机理、研发新型水热制备方法将是今后本领域的重点研究方向.     

基于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的光电探测器

近些年来,石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物以及其他二维材料受到了越来越多的关注。凭借其独特的结构和优异的电学、光学特性,这些二维材料在光电器件中得到了广泛应用,具有良好的发展潜力。本文概述了二维材料在光电探测器领域的最新研究进展,介绍了一些常见的二维材料及其制备方法,阐述了光电探测器件的基本原理和评价参数,以及回顾了二维材料及其异质结构在光电探测器中的应用,最后总结了该领域仍然面临的挑战并对其未来的发展方向进行了展望。     

Exploring Group 14 Structures: 1D to 2D to 3D

Various one‐, two‐ and three‐dimensional Group 14 (C, Si, Ge, Sn, and Pb) element structures at P=1 atm are studied in this work. As expected, coordination number (CN)—not an unambiguous concept for extended structures—plays an important part in the stability of structures. Carbon not only favors four‐coordination, but also is quite happy with π‐bonding, allowing three‐ and even two‐coordination to compete. Highly coordinated (CN>4) discrete carbon molecules are rare; that “saturation of valence” is reflected in the instability of C extended structures with CN>4. Si and Ge are quite similar to each other in their preferences. They are less biased in their coordination than C, allowing (as their molecular structures do) CN=5 and 6, but tending towards four‐coordination. Sn and Pb 3D structures are very flexible in their bonding, so that in these elements four‐ to twelve‐coordinate structures are close in energy. This lack of discrimination among ordered structures also points to an approach to the liquid state, consistent with the low melting point of Sn and Pb. The Group 14 liquid structures we simulate in molecular dynamics calculations show the expected, effective, first coordination number increase from 5.1 for Si to 10.4 for Pb. A special point of interest emerging from our study is the instability of potential multilayer graphene structures down Group 14. Only for C will these be stable; for all the other Group 14 elements pristine, unprotected, bi‐ and multilayer graphenes should collapse, forming “vertical” bonds as short as the in‐plane ones.     

Rigid optically-active D2 and D3 macrocycles

The synthesis and characterization of novel optically-active macrocycles, obtained by esterification reaction from a binaphthyl-containing diol and phthalic or terephthalic acids, and possessing overall D2 or D3 symmetry, is described.     

Vitamin D

Ohne Zusammenfassung     

Solvent-controlled structural variation from 1D+2D→3D network with coexistence of polycatenation and polythreading to the 2D→3D polythreaded array

This article represents two types of entanglements, [Co₂(bibp)(BTB)₂][Co(bibp)₂(H₂O)₂] (1) and [Co₃(bibp)₂(H₂O)₂(BTB)₂]·2H₂O·2DMF (2) (bibp = 4,4′-bis(1-imidazolyl)biphenyl and H₃BTB = 1,3,5-tris(4-carboxyphenyl)benzene), which are 2-D→3-D polycatenated frameworks formed by parallel catenation of 1-D+2-D→2-D polythreaded motifs based on the double-layered sheet penetrated by ribbons of rings (1) and a 2-D→3-D mutual polythreading of three double-layered sheets with dangling arms (2), which is assembled by the same initial materials by simply changing the volume ratio of water/DMF medium.     

Total synthesis of cryptomoscatones D1 and D2: stereochemical assignment of cryptomoscatone D1

The first total synthesis and structural elucidation of cryptomoscatone D1, and a novel synthetic approach for cryptomoscatone D2 were achieved in 30% and 29% overall yield, respectively. The synthesis relied on the use of a key Mukaiyama aldol reaction followed by a diastereoselective carbonyl reduction that allowed the preparation of four cryptomoscatone isomers in a stereochemically divergent manner. Comparison of NMR data and CD curves of the synthetic stereoisomers and natural products confirmed the stereochemical nature of cryptomoscatone D2, and led to establishing the absolute configuration of cryptomoscatone D1.     

光调控一维/二维纳米组装体的可逆转换

正控制生物分子组装成具有特定形貌和功能的纳米组装体是当今材料化学和超分子化学的研究热点~1。目前,科学家通过分子自组装构筑了大量形貌各异的超分子组装体,并对其性能进行了探究;其研究重点主要集中在控制组装体的组装和解组装。如何有效的控制分子组装成特定的组装体面临着重大挑战,但对拓宽超分子材料的应用具有重要的促进意义~2。最近,南开大学元素有机国家重点实验室刘育教授课题组构筑了能够可逆转换的一维纳米管     

Dimension Engineering of Stimuli-Responsive 1D Molecular Crystals into Unusual 2D and 3D Zigzag Waveguides

We demonstrate an innovative technique to achieve organic 2D and 3D waveguides with peculiar shapes from an acicular, stimuli-responsive molecular crystal, (2Z,2′Z)-3,3′-(anthracene-9,10-diyl)bis(2-(3,5-bis(trifluoromethyl)phenylacrylonitrile), Ant-CF₃. The greenish-yellow fluorescent (FL) Ant-CF₃ molecular crystals exhibit laser power-dependent permanent mechanical bending in 2D and 3D. Investigation of a single-crystal using spatially-resolved Raman/FL/electron microscopy, and theoretical calculations revealed photothermal (Z,E)/(E,E) isomerization-assisted transition from crystalline to amorphous phase at the laser-exposed regions. This phenomenon facilitates the dimension engineering of a 1D crystal waveguide into 2D waveguide on a substrate or a 3D waveguide in free space. The bends can be used as interconnection points to couple different optical elements. The presented technique has broader implications in organic photonics and other crystal-related photonic technologies.