Eindimensionale segmentierte Heteronanostrukturen (1D-SHs) sind vielversprechende Kandidaten in Bereichen wie Photoelektrokatalyse (PEC) und Thermoelektrik. Derzeit konzentriert sich die Synthese von 1D-SHs hauptsächlich auf Sulfide und Selenide, während Telluridmaterialien relativ wenig erforscht werden, obwohl Telluride erhebliche Anwendungsaussichten in der Energiespeicherung und Optoelektronik haben. Eine einfache und kontrollierte Synthese von Tellurid-1D-SHs-Materialien war jedoch schon immer eine Herausforderung.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Yu Shuhong von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinese Academy of Sciences (CAS) hat eine Methode zur Synthese von 1D-SHs auf der Grundlage spannungsinduzierter axialer Ordnung entwickelt. Sie verfolgten außerdem die Veränderungen der Spannungs- und Dehnungsenergie während der Entwicklung periodisch geordneter Strukturen mithilfe eines kontinuierlichen Phasenfeldmodells.
Die Studie ist veröffentlicht In Naturkommunikation.
Zunächst wählten die Forscher Tellur-Nanodrähte (NWs) mit hohem Aspektverhältnis als Modellstruktureinheiten aus und dispergierten sie in Ethylenglykol, wobei der Komplexbildner NH4SCN und eine stöchiometrisch unterdurchschnittliche Menge an Silberionen Ag+ hinzugefügt wurden. Dann erschienen schnell die Te/Ag2Te 1D-SHs mit deutlich erkennbaren regelmäßig segmentierten Strukturen.
Um seine Eigenschaften zu überprüfen, verwendeten die Forscher Transmissionselektronenmikroskopie und ein energiedispersives Röntgenspektrometer, um seine segmentierte Gleichmäßigkeit zu beobachten und die Elementverteilung zu bestimmen. Die Forscher überprüften außerdem die zweiphasige Natur der segmentierten Te/Ag2Te-Heterostrukturen mithilfe von Methoden wie Röntgenbeugungsspektren, Raman-Spektroskopie und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie.
Darüber hinaus fassten die Forscher durch In-situ-Flüssigphasen-Transmissionselektronenmikroskopie zusammen, dass der Entstehungsprozess von Te/Ag2Te 1D-SHs drei Entwicklungsphasen durchlief: Inselbildung, Streifendurchdringung und Segmentanordnung.
Um die Energieänderung und Spannungsverteilung während der Bildung von Te/Ag2Te 1D-SHs zu untersuchen, reproduzierten die Forscher die Bildungs-, Wachstums- und Ordnungsprozesse von Ag2Te-Inselstrukturen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die zunächst erzeugten Ag2Te-Inseln durch radiale Zugspannung und axiale Druckspannung beeinflusst wurden und in radialer Richtung wuchsen, um schlecht geordnete Streifenstrukturen zu bilden. Anschließend entwickelten sich diese Streifenstrukturen allmählich zu periodischen Segmenten.
Die Forscher synthetisierten außerdem eine Reihe von 1D-SHs aus Telluriden, darunter Materialien wie Pd, Cu, Bi, Cd usw. Darüber hinaus erstellten die Forscher durch die Kombination einfacher chemischer Nachtransformationen eine Bibliothek axialer 1D-SH-Materialien mit 13 Elementen des Periodensystems.
Die Forscher schlugen außerdem eine einfache Lösungsphasenmethode zur Synthese von 1D-SHs vor und kombinierten sie mit einem einfachen chemischen Nachtransformationsprozess, um 25 1D-SHs herzustellen, darunter 17 NW-NW- und 8 NW-Nanoröhren-Nanostrukturen.
Diese Arbeit bereichert nicht nur die Materialbibliothek der 1D-SHs, sondern bietet auch einen neuen Ansatz für die präzise Herstellung funktionsorientierter Nanomaterialien und die Erforschung der geordneten Rekonstruktion von Heteronanostrukturen.
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Qing-Xia Chen et al., Stressinduzierte Ordnungsentwicklung von 1D-segmentierten Heteronanostrukturen und ihre chemischen Posttransformationen, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47446-7
Zur Verfügung gestellt von der University of Science and Technology of China