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二维 ScB MBene 的带隙工程
MBenes 是二维 (2D) 材料中的一种新兴成员，因其独特的机械和电子特性以及多样化的晶体对称性和结构而备受关注，这些特性使其成为不同类型应用的有希望的候选材料 [1, 2]。然而，原始 MBenes 的固有金属性质可能会成为光学领域中涉及光子吸收、发射和电子学的多种应用的障碍。在半导体材料中，带隙是最重要的参数，人们投入了大量精力来寻找具有广泛带隙的新型纳米材料。虽然 MBenes 通常表现出金属行为，但可以通过能带工程将其调整为半导体。在这项工作中，ScB MBenes 的电子能带结构已利用表面功能化和应变电子学等能带工程技术进行了修改。我们研究了 ScB MBenes 的各种晶体对称性，并检查了它们的结构和动态稳定性。我们的结果表明，具有六方晶体对称性的 ScB 是最稳定的。我们已经研究了具有 O-、F-、OH- 和 H- 官能团的 ScB 的电子结构，并且能带结构计算表明，用 O 官能化的 ScB 在 DFT+U 和混合交换关联函数 HSE06 中分别具有约 0.1 eV 和 0.5 eV 的半导体带隙。除了用 O 官能化之外，施加的平面双轴应变还使带隙进一步增大了 0.8 eV。这可以使 ScBO MBene 充分利用电子、光学和其他多种应用。
2DHetero：hBN/石墨烯 2D 异质结构
石墨烯是一种二维材料，以其出色的电子特性而闻名。然而，为了在实际设备中利用这些特性，必须大大减少与基板和任何周围材料的电子耦合。六方氮化硼 (hBN) 是另一种二维材料，在这方面非常有前景。它既可用于将石墨烯与基板隔离，也可用于作为栅极介电材料。虽然通过机械剥离和转移获得的设备确实证实了石墨烯/hBN 异质结构的强大潜力，但可扩展且可靠的生长技术仍有待证明：开发制造二维异质结构的新方法非常重要。通过结合项目合作伙伴的专业知识和资源，拟议研究的目的是探索和开发在与 Si 微电子兼容的基板上制造石墨烯/hBN 异质结构的各种方法。为了实现这些目标，石墨烯/hBN 异质结构将通过两种主要方法生长：分子束外延和化学气相沉积。该项目过程中开发的特定成核增强横向图案化技术可能会改善该工艺。将应用先进的显微镜和光谱技术来提供有关薄膜形态、晶体学、化学和电学特性的信息。将通过从头算密度泛函理论进行原子计算，并辅以大规模动力学蒙特卡罗模拟，以了解生长机制和最佳工艺条件。
通过锯齿状碳纳米管的选择性芳基功能化实现窄带单光子发射
获得纳米级光发射器的响应均匀性对于它们在传感和成像剂以及发光二极管 (LED)、激光器等中的光子源中的应用至关重要。在低维纳米发射器（包括胶体和外延量子点 1、2、2D 过渡金属二硫属化物 3 – 6、六方氮化硼 7 和单壁碳纳米管 (SWCNT) 8 – 12 ）作为量子计量和量子信息处理 13 的单光子源的新兴角色的背景下，需要对允许的发射能量变化进行更严格的限制，最终目标是实现光子不可区分性。在这些用于量子发射的多样化材料平台中，SWCNT 提供了多种优势，这些优势源于能够通过化学操控控制光发射特性。由于 SWCNT 发射能量对特定纳米管结构（用手性指数 (n,m) 表示，图1）14 具有很强的依赖性，因此其发射能量具有广泛的可调性。对非共价结合包裹剂（如表面活性剂、聚合物和 DNA）表面结构的化学控制为高产率、高纯度分离特定 SWCNT 结构提供了高效途径，从而对发射特性具有显著的选择性 15 。这种表面化学还提供了一种控制周围环境以优化光致发光的途径。最近通过低水平共价功能化引入光致发光缺陷态扩展了 SWCNT 发射行为，为发射特性提供了额外的合成可调性并赋予了量子发射功能，同时也充当了光谱多样性的来源。
1 二维材料的制备
二维 (2D) 材料是一类新兴的纳米材料，具有丰富的结构和卓越的性能，将带来许多变革性的技术和应用 [1]。自 2004 年首次发现石墨烯以来，二维材料家族已急剧扩展，包括绝缘体（六方氮化硼 [h-BN]）、半导体（大多数过渡金属二硫属化物 [TMDCs]、黑磷 [BP] 和碲 [Te]）、半金属（部分 TMDCs 和石墨烯）、金属（过渡金属碳化物和氮化物 [MXenes]）、超导体（NbSe 2 ）和拓扑绝缘体（Bi 2 Se 3 和 Bi 2 Te 3 ）[2, 3]。二维材料的原子厚度和悬挂自由表面以及优异的光学、电学、磁学、热学和机械性能使其在光通信、电子学、光电子学、自旋电子学、存储器、热电学以及能量转换和存储器件中具有巨大的应用前景[4, 5]。著名纳米材料学家刘忠范指出，“制备决定未来”是所有材料的必然规律。在过去的十年中，一系列的制备技术被开发来制备二维材料，以满足其基础研究和各种应用的需要。鉴于二维材料的层状结构，主要的制备技术可分为两大类：自上而下和自下而上的方法。在本章中，我们将介绍近年来发展的二维材料制备技术，包括两种自上而下的方法（机械剥离和液相剥离）和一种自下而上的方法（气相生长）。这里我们给予更多的篇幅来介绍二维材料气相生长中的单晶生长、厚度控制和相位控制。
2D MXenes 氧化稳定化学的最新进展
二维过渡金属（TM）碳化物和碳氮化物（称为MXenes）自2011年首次亮相以来，由于其二维层状结构和优异的物理化学性质，在各个应用领域引起了极大关注。[1] MXenes 可以从相应的层状 MAX 相中衍生出来，其结构公式为 M n + 1 AX n（n = 1–3）。[2] MAX 相化合物由过渡金属（M）层与 C 或 N 层（X）交错组成，强的 M X 键进一步通过 III A 或 IV A 族元素（A）的单原子层插入，呈现原子层和六方晶体结构。[3,4] 通常，可以通过优先溶解和提取 MAX 相结构中弱键合的 A 层来获得 MXenes。 [5,6] 在水相中蚀刻和剥离过程中，高反应性的TM表面立即与F、OH和=O等物质连接，得到MXene通式：M n + 1 X n T x （T x 代表表面物质）。[7–9] 基于丰富的表面终端、独特的混合共价键和金属键的层状结构，MXenes表现出有趣的功能性能，如优异的电化学和光学性能、优异的热导率、高电导率和突出的机械特性。[10–13] MXenes的这些性质可以通过改变微观结构、元素组成和表面终端来进一步调节，[14–19] 例如，通过改变M或X元素、合金化M或X层，[20–24] 以及通过使用多元素（M）面外或面内顺序在MXene结构中构造特殊空位。 [23,25–29] 因此，多功能且具有潜在可扩展性的合成技术使 MXene 材料在性能可调的二维材料领域中占据了独特的地位。[30]
用于 2D 晶体管的原生高 k 氧化物 - IuE
过去 60 年，集成电路中晶体管数量的迅猛增长推动了电子技术的进步。因此，现代电子芯片包含数十亿个场效应晶体管 (FET)，而最先进的硅 FET 由薄至 7 纳米（相当于 13 个原子层 1 ）的结构构成。然而，像硅这样的三维材料在进一步减小厚度时，迁移率会急剧下降。此外，非晶态和粗糙的沟道/氧化物界面（也存在于先进的高 k 技术中，如二氧化铪，HfO 2；k，介电常数）的影响变得越来越有害。因此，仅仅依靠标准硅技术进一步缩小现代电子设备的体积正在慢慢停滞 2 。继续缩小设备体积最有希望的解决方案之一是使用具有原子级厚度的二维 (2D) 沟道 3、4 的 FET，它们本质上提供亚纳米级的沟道厚度。然而，2D 技术缺乏能像二氧化硅 (SiO 2 ) 与硅一样有效的绝缘体。理想情况下，这种绝缘体必须能够扩展到等效氧化物厚度 (EOT；与某种替代绝缘体产生相同电容的 SiO 2 厚度) 的单个纳米以下，并且质量足够高以保持低漏电流。此外，绝缘体应该与通道具有明确的界面，绝缘体缺陷数量少，并且介电稳定性高。Hailin Peng 和同事在《自然电子学》上撰文，表明高迁移率 2D 半导体 Bi 2 O 2 Se 可以共形氧化为原子级薄的天然氧化物亚硒酸铋 (Bi 2 SeO 5 )，随后可用作 FET 5 中的栅极绝缘体。目前，六方氮化硼 (hBN) 被广泛认为是二维电子器件最有前途的绝缘体，因为它是结晶的，并且具有干净的范德华界面 6 。然而，hBN 不太可能满足低漏电要求
水含量对 Zr-卟啉基 MOF 中形态和相形成的影响
金属有机骨架 (MOF) 的形成依赖于无机节点和有机连接体通过配位自组装形成周期性配位网络。[1] 无机和有机结构单元的多样性使得 MOF 拓扑结构更加多样化，可以满足催化、药物输送或气体分离等特定材料的要求。[2] 通常，相同的节点和连接体可以由不同的试剂（例如金属盐）形成，并形成具有不同连通性、拓扑结构甚至组成的各种产品。[3] 因此，典型的 MOF 合成可以产生两个或多个相，有时甚至在同一反应混合物中也可以产生两个或多个相。[3b] 在某些情况下，混合相可以出现在同一个粒子中，甚至在同一晶体内，作为共生或纳米级不均匀性，说明了骨架结晶过程和结构的复杂性。[3b] 这种现象在 Zr 基 MOF 中尤为普遍。例如，基于芘的 NU-1000 可以在晶体中心包含多晶型物 NU-901 的结构图案。[4] 尽管 NU-1000 和 NU-901 都由八个相连的 Zr 簇组成，但 NU-901 具有四方孔，其孔体积低于 NU-1000 中的六方孔。[4] 另一方面，UiO-66 经证实通常包含有序缺失簇相 reo UiO-66 的区域，其中四分之一的 Zr-氧簇缺失。[5] 在这两种情况下，这些特性都对孔径产生决定性影响，从而影响材料性能。[3a] 许多合成方案还需要在形成框架之前由前体物种形成无机节点本身，这使情况变得更加复杂。例如，在由 Zr 6 O 4 (OH) 4 团簇构建的 Zr 基 MOF 的合成中，预计六核 Zr-oxo 节点会从 ZrCl 4 或 ZrOCl 2 ·8H 2 O 前体中形成。[6] 最近的研究开始更具体地描述 pH 值、前体来源和浓度以及溶剂类型等合成参数对溶液中形成的簇结构的影响。[7]
用于电催化应用的高熵材料
摘要 高熵材料因其结构的复杂性和性能的优越性已被广泛证实是一种可能的先进电催化剂。人们已做出大量努力来模拟高熵催化剂的原子级细节，以提高自下而上设计先进电催化剂的可行性。在本综述中，首先，我们概述了基于密度泛函理论的各种建模方法的发展。我们回顾了用于模拟不同高熵电催化剂的密度泛函理论模拟的进展。然后，我们回顾了用于电催化应用的高熵材料模拟的进展。最后，我们展示了该领域的前景。缩写：HEMs：高熵材料；CCMs：成分复合材料；DFT：密度泛函理论；LDA：局部密度近似；GGA：广义梯度近似；VASP：维也纳从头算模拟软件包；ECP：有效核势； PAW：投影增强波势；VCA：虚拟晶体近似；CPA：相干势近似；SQS：特殊准随机结构；SSOS：小集有序结构；SLAE：相似的局部原子环境；HEA：高熵合金；FCC：面心立方；BCC：体心立方；HCP：六方密堆积；ORR：氧还原反应；OER：氧化物析出反应；HER：氢析出反应；RDS：限速步骤；AEM：吸附质析出机理；LOM：晶格氧氧化机理；HEOs：高熵氧化物；OVs：氧空位；PDOS：投影态密度；ADR：氨分解反应；NRR：氮还原反应；CO 2 RR：CO 2 还原反应；TMDC：过渡金属二硫属化物；TM：过渡金属； AOR：酒精氧化反应；GOR：甘油氧化反应；UOR：尿素氧化反应；HEI：高熵金属间化合物。
顺铂包覆氧化锌纳米粒子的合成及其作为靶向药物输送载体的应用
摘要：顺铂是一种常用的抗癌药物，是第一个铂基抗癌药物。顺式结构使配位复合物能够共价结合一条或两条 DNA 链，从而使 DNA 链交联，导致细胞以程序性方式死亡。顺铂以盐水形式静脉输注用于治疗实体恶性肿瘤。抗癌药物通常具有多种副作用，但将药物封装在合适的宿主材料中可最大限度地减少副作用，同时由于药物仅在靶标处缓慢释放而提高药物的功效。本研究旨在开发一种简单但有效的机制，利用强制水解法将二水合醋酸锌与去离子水在二乙二醇 (DEG) 介质中进行反应来制备多孔氧化锌纳米颗粒 (PZnO NPs)。然后用扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线分析 (EDX)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)、粒度分析和粉末 X 射线衍射 (PXRD) 对合成的 PZnO NPs 进行表征。通过 X 射线荧光 (XRF)、SEM、EDX 和 FT-IR 研究证实顺铂被封装在多孔氧化锌纳米粒子内。我们的结果表明，合成的纳米粒子具有六方纤锌矿结构，这已通过 PXRD 证实。通过光散射测定的平均粒度为 52.4 ± 0.1 nm SEM 图像显示具有聚集颗粒的多孔球形形态。顺铂封装产品的 XRF 数据显示 Pt：Cl 比为 1:2，表明顺铂封装没有任何碎裂或其他化学变化。 FT-IR 数据也表明封装产品中存在 NH 3。通过测量 Pt 释放量与时间的关系，研究了抗癌药物顺铂在 PZnO NPs 中的封装情况及其 pH 值对药物从 PZnO NPs 中释放的依赖性，测量方法为使用电感耦合等离子体原子发射光谱法 (ICP-AES) 在 λ max 265.94 nm 处进行。发现顺铂在 PZnO NPs 中的封装效率为 50.52%。在 pH 为 4.0、5.0、6.0、7.0 和 8.0 的醋酸盐/磷酸盐缓冲液中，前 7 小时内从 PZnO NPs 中释放的顺铂百分比 < 6.30%。
硫化铜纳米结构的制备与描述
摘要 在混合溶剂（水-丁醇和水-环己醇）存在下，利用醋酸铜和硫脲研究了硫化铜（CuS）的结构、成分、电气和发光特性。硫化铜样品的 X 射线衍射 (XRD) 图案显示其六方结构，这是各种混合溶剂的结果。通过使用能量色散 X 射线 (EDX) 和傅里叶变换红外 (FT-IR) 检查，确定了键和原子量百分比。使用扫描电子显微镜 (SEM) 发现水-丁醇和水-环己醇中的硫化铜颗粒形态分别为棒状和片状。使用光带能量曲线和紫外-可见光吸收光谱确定了硫化铜纳米结构的带隙能量。硫空位缺陷是 PL 光谱中出现的紫外和可见光发射带的原因。根据 CV 研究，水-环己醇辅助的硫化铜样品的电化学特性优于水-丁醇辅助的硫化铜样品。根据催化剂的效率，计算了混合溶剂辅助的硫化铜样品中坎戈红 (CR) 染料降解的比例。引言与环境问题、危险废物和有毒水污染物相关的硫化铜受到了广泛关注。有机染料对纺织和其他行业的重要性也非常重要。与传统方法相比，催化方法具有多种优势，包括氧化速度更快和不产生多环产物。由于半导体材料吸收光，带隙能量等于或大于，这可能导致自由基氧化系统表面。但如今，硫化铜因其与能量存储和生物应用（包括抗菌和抗癌治疗）的联系而成为主要研究对象。硫族化合物纳米结构半导体，包括 ZnS、CdS、NiS、CoS 和 CuS，可用于气体传感器、LED、光伏电池、光催化和其他应用。CuS 纳米结构是硫族化合物之一，是 p 型半导体材料，由于其在环境温度下的带隙低至 2.2 eV，因此非常有利于光热、光电应用。这是由于光吸收过程中光子原子分子与光吸收之间的相互作用。具有各种形态的过渡金属氧化物作为光电材料的开发引起了人们的新兴趣，最近发现的一类具有有趣光物理特性的纳米材料的报道正在促进