二維過渡金屬二硫族化合物(TMDs)，由於量子限域效應，展示了許多與其塊體材料不同的光、電、磁性質。具有本徵帶隙的二維TMDs，作為零帶隙石墨烯材料的互補材料，為新型場效應晶體管與光電器件提供了新的可能。最近關注的焦點集中於它們本徵的或者平面異質結結構的製備及其性質、應用的研究，尤其是在二維尺度的研究上。除了二維尺寸和形式的變化，原子級薄的TMDs片自組裝，是一個新興的領域，目前探索很少。作為一種紙狀的薄膜材料，通過摺疊和捲曲的組裝過程可以把二維材料相對簡單的結構變成複雜的拓撲結構，如納米卷（NS）。這種納米卷在繼承原有結構優異特性的同時，可能產生與眾不同的新性質。但是，目前的研究現狀受限於機械強度和化學穩定性，高質量TMDs納米卷的製備存在巨大的挑戰。
在國家自然科學基金委和中國科學院先導項目的大力支持下，中科院化學研究所有機固體重點實驗室研究員鄭健課題組研究人員開發了一種簡便的溶液誘導組裝方法，可以幾乎無損地獲得本徵TMDs納米卷。氣相沉積法（CVD）製備的二維TMDs與襯底材料具有不同的熱膨脹係數，因此從高溫（>700oC）生長完成到冷卻至室溫時在二維材料表面會產生較大的張力。研究者僅用一滴乙醇溶液，滴到CVD生長的二維材料表面，利用乙醇溶液的插入效應，在5秒鐘內獲得了高質量的TMDs納米卷（圖1），收率接近100%。掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、拉曼測試表徵展示了獲得的TMDs納米卷卷曲致密、無雜質、高結晶性的特點。基於其阿基米德螺旋結構，納米卷的整個片層都能夠參與載流子的輸運，與單層TMDs片相比，TMDs納米卷的場效應晶體管遷移率是捲曲前單層TMDs片遷移率的30倍。獨特的自封裝結構使TMDs納米卷展示了更高的光、電穩定性。此外，基於其內部開放的拓撲結構，以納米卷為載體，在其間隙可調的層間負載了有機半導體分子、聚合物、納米粒子、二維材料以及生命活性物質，製備了在分子水平上覆合的異質TMDs納米卷，這將會賦予TMD-NS新的屬性和功能（圖2）。這些獨特的性質為未來TMDs納米卷應用於太陽能電池、光探測器、柔性邏輯電路、能源存儲和生物傳感等領域提供了材料基礎。
該工作近期發表在《自然-通訊》（Nature Commun. 2018, 9: 1301, DOI: 10.1038/s41467-018-03752-5）上。（來源：中科院化學研究所）
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圖1 CVD生長的TMDs片自捲曲的示意圖
圖2 MoS2納米卷的形貌 (a)、結構 (b)、光電性能表徵 (c, d, h) 及複合TMDs納米卷 (e, f, g)。（比例尺：a, c, d, 5 μm; b, 20 nm, 插圖, 2 nm; f, 10 nm; g, 2 nm.）
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