第一作者：Yasutaka Nagaoka

通讯作者：陈欧

通讯单位：美国布朗大学

研究亮点：

1. 实现了截角四面体量子点纳米晶控制组装成一维、二维、三维超结构。

2. 发现了截角四面体纳米晶多种超结构的组装来源于选择性面-面接触。

纳米晶，尤其是具有特征晶面的纳米晶，往往更具有各种独特的纳米效应和特殊功能。多年以来，困扰所有纳米科学家的一个关键问题在于，一旦纳米晶从纳米尺度形成宏观尺度，其特殊功能就会极大地削弱甚至消失。因此，控制纳米晶的组装，对于将纳米晶的优异性能拓展到宏观尺度，是纳米技术实用化的重要议题。

多年以来，球形纳米晶的组装已经取得诸多重大突破，在热力学平衡的驱动下，球形纳米晶通常采用致密的fcc或hcp堆积形式。而具有更丰富、更有趣的纳米效应的多面体纳米晶的组装，却鲜有研究。

有鉴于此，美国布朗大学陈欧课题组通过控制组装条件，实现了将截角四面体量子点纳米晶 (TTQD)组装成一维、二维、三维等三种不同的超结构。

图1 . 截角四面体量子点纳米晶的HAADF-STEM图

研究人员基于团队之前研究工作，首先制备得到了纤锌矿结构的截角四面体核壳结构纳米晶CdSe@CdS。四面体地面包裹磷酸正十八酯分子，其他三个平面则吸附油酸分子。如果考虑有机配体，整个四面体的边长大约10.3 nm。

超结构组装是采用常规的液滴涂布法：将含有量子点纳米晶的正己烷溶液滴在硅片上的TEM铜网上，然后蒸干溶剂即可。通过控制纳米晶的浓度和蒸干速度，研究人员实现了三种不同维度超结构的组装：

1）当纳米晶浓度较低时（0.2 mg/mL），几秒钟快速蒸干后，纳米晶倾向于组装成一维线性四螺旋超结构。

2）当纳米晶浓度适中时（2.0 mg/mL），30秒蒸干后，纳米晶倾向于组装成二维准晶超结构。

3）当纳米晶浓度较高时（20 mg/mL），静置2周蒸干后，纳米晶倾向于组装成三维bcc超结构。

想怎么组装，就怎么组装，这么任性的多面体量子点，你见过吗？

图2. 一维手性四螺旋超结构

图3.二维准晶

图4. 基于三维团簇的体心立方单晶

利用实空间和倒易空间中的技术，并结合小角X射线散射和广角X射线散射等多种分析手段，研究人员对超结构进行了精细的原子结构表征。研究结果表明，不同维度超结构组装的主要驱动力来源于熵和焓共同诱导的特定面-面接触。

总之，这项研究开拓了非球形纳米晶的超结构自组装策略，为纳米晶组装成宏观超材料并实现功能应用提供了新的思路。

作者简介：

陈鸥，1999年从北京101中学考入中国科大化学物理系学习；2010年获得佛罗里达大学博士学位；其后曾为麻省理工学院博士后研究员，和国际量子点领军人物Moungi G. Bawendi亲密合作，在量子点领域取得诸多重要进展。现为布朗大学助理教授。

参考文献：

Yasutaka Nagaoka, Ou Chen et al. Superstructuresgenerated from truncated tetrahedral quantum dots[J], Nature, 2018.

DOI: 10.1038/s41586-018-0512-5

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0512-5