2月22日一个意想不到的发现可以提高配位纳米片的结晶度

配位纳米片是一类新兴的二维材料，在纳米材料领域迅速获得重要地位。它们由金属离子和有机配体分子组成，通过配位键相互连接形成一个框架。这些纳米片充当构建块，可以混合和匹配以产生多种平面结构，在电子设备、电池和催化系统中具有潜在应用。

2013 年，苯六硫醇 (BHT) 被发现作为配位纳米片中的强大有机配体。据观察，在改变金属中心使用的元素后，可以制造出结构特性截然不同的基于 BHT 的纳米片。

然而，通过基于溶液的工艺合成基于 BHT 的配位纳米片已被证明具有挑战性，由于这种方法的经济可行性和可扩展性，这是相当不幸的。所得纳米片缺乏结晶度，表明形成了取向控制较差的小晶域。这些结构缺陷阻碍了纳米片的性能，并限制了科学家研究纳米片的结构-性能关系。

现在，由东京科学大学 (TUS) 的 Hiroshi Nishihara 教授领导的一组研究人员研究了通过引入两种金属离子开发的基于 BHT 的配位纳米片是否可以克服上述挑战，该研究发表在先进材料，由科学技术振兴机构、科学振兴会和白石基金会资助。为此，该团队还包括来自TUS的Ryojun Toyoda博士和Naoya Fukui博士，以及剑桥大学的Henning Sirringhaus教授和京都工业大学的Sono Sasaki教授，制备了异质金属纳米片通过改变两种金属离子——铜(Cu)和镍(Ni)在水溶液中的混合比例，在液-液界面形成薄膜。简而言之，他们将含有这两种金属离子的水溶液倒入含有 BHT 前体的有机溶液中。

令他们惊讶的是，他们发现在两相之间的界面处形成了一个新的结构相，镍和铜的比例居中。此外，他们发现这种 NiCu 2 BHT 薄膜的结晶度比纯铜和镍薄膜高得多!

Nishihara 博士及其团队对这些发现特别兴奋，因为这种方法通常会产生结晶度较差的纳米片。

“我们的结果表明，当两种金属离子以适当的比例混合时，纳米片在液-液界面处以特定的方向生长，并具有固定的成分 NiCu 2 BHT，”Nishihara 教授解释说。“不同金属离子的这种简单混合产生了具有二维周期性和增强结晶度的独特结构，即使在相对较厚的薄膜中也是如此，”他补充道。

随着结晶度的增加，这些异质金属纳米片的性能也得到了显着改善。电导率测量以及通过电子显微镜技术分析薄膜形态表明，这些薄膜比铜薄膜具有更低的活化能和更高的电导率。事实上，研究人员观察到高达 1300 S/cm 的电导率对温度的依赖性与良好的金属导体相似。这些观察结果非常显着，因为这些值是二维配位纳米片观察到的最高值!

最后，该团队分析了导致这种晶体顺序改善的潜在机制，并提出 NiCu 2 BHT 薄膜可以自然地排列成双层结构，从而释放材料的结构应变。

“有理由假设双层结构是异金属 BHT 基配位纳米片更有利的结构相，而不是相应同金属薄膜的扭曲结构。总体而言，我们的研究结果为提高结晶度和调谐开辟了一条强有力的新途径用于广泛设备应用的高导电配位纳米片的功能特性。” 西原博士在讨论他的发现时说。

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