纳米材料是纳米技术发展的基石，实现纳米材料的精确设计和控制制备，则应该在纳米技术的战略规划中占据核心地位。然而，近30年来，即便是经过这么科研团队这么多年的攻关，纳米晶，尤其是胶态纳米晶在保证尺寸均匀性的前提下，实现批量化稳定合成依然并非易事。这样，一方面导致成本居高不下，一方面甚至没有足够的样品进行工业试验，这也是很多纳米材料多年来难以实现工业应用的一个关键问题。
2018年，虽然大多数科研团队更多地走向应用型研究，但是依然有一批人在默默努力，他们开发了一系列合成策略，让纳米材料的合成制备变得更加精准可控，更加普适性，更具规模化放大和实用性。
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二维材料大放异彩
Nature：一招合成47种二维材料，涉及12种金属！
新加坡南洋理工大学刘政课题组与日本国立产业综合研究所（AIST）林君浩博士（现南方科技大学），中国科学院物理研究所刘广同研究员合作，发展并完善了一种普适性的熔融盐辅助化学气相合成策略，系统地合成出了四十七种过渡金属硫属化合物，涉及12种过渡金属（Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pd、Pt、Fe）和3种硫族元素（S、Se、Te）。
南洋理工大学周家东（第一作者）等研究人员首先研究了常规CVD生长二维材料的生长过程。根据金属前驱体的质量流量和生长速度，他们发现，质量流量主要控制成核和晶畴生长，而生长速度决定了最终薄膜的晶粒尺寸。
Jiadong Zhou, Junhao Lin, Guangtong Liu,Zheng Liuet al. A library of atomically thin metal chalcogenides. Nature 2018. 556，355-359. DOI: 10.1038/s41586-018-0008-3
Science：有创意！晶圆级单层二维材料规模化制备！
麻省理工学院的Jeehwan Kim课题组发展了一种普适性的层数分辨分离技术（LRS），通过对单个硅片上生长的单个堆叠的二维材料进行剥离，实现了多种单层二维材料的晶圆级（5 cm）大尺寸规模化制备。
单层分辨分离（LRS）技术主要是基于材料之间界面粗糙度的差异实现。根据以下界面粗糙度的强弱：Ni-2D>2D-2D>蓝宝石-2D，且蓝宝石-2D界面粗糙度可以忽略。研究人员首先在蓝宝石基底生长得到任意层数的晶圆级较厚二维材料，然后在相对粗糙的二维材料表面沉积Ni层，利用Ni和二维材料之间的强吸附作用将二维材料从蓝宝石基底剥离，然后利用Ni将二维材料两面夹住，再利用Ni-2D>2D-2D实现二维材料的单层剥离。实验证明，这种方法适用于h-BN, WS2, WSe2, MoS2以及MoSe2等多种二维材料的晶圆级单层剥离。
Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Wei Kong, Doyoon Lee, JeehwanKim et al. Controlled crack propagation for atomic precision handling ofwafer-scale two-dimensional materials. Science 2018.
多孔材料捷报频传
Science：晶种生长二维COF单晶！
美国西北大学WilliamR. Dichtel课题组报道了一种晶种生长微米级单晶二维COFs的新策略。以预先聚合生成的纳米颗粒作为晶种，然后缓慢加入单体，最终得到微米尺度的多种二维单晶COFs。和正常晶种法一样，合成的关键在于在第二步生长阶段单体加入速度的控制。如果加入速度过快，超过成核临界浓度，将产生新的晶核，导致最终晶粒尺寸变小且不均匀。
Austin M. Evans, William R. Dichtel et al. Seededgrowth of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks. Science2018.
Science：大尺寸单晶COF的合成！
同样是晶种法，兰州大学王为教授、北京大学孙俊良教授以及加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作，发明了一种利用强亚胺键控制合成大尺寸单晶COFs的普适性策略。在合成体系中加入苯胺可以有效抑制成核，减慢反应速度，从而控制生长得到大尺寸单晶COF。同时，通过调节苯胺的量，可以有效控制单晶COF的尺寸大小。基于强的亚胺键作用，研究人员发明了一套普适性的控制合成了大尺寸单晶COFs的新策略，合成的COFs包括COF-300,COF-303,LZU-79和 LZU-111等等。
TianqiongMa, Eugene A. Kapustin, Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi et al.Single-crystalx-ray diffraction structures of covalent organic frameworks.Science 2018, 361,48-52.
Science：200 nm有序大孔-微孔MOF单晶！
华南理工大学李映伟教授和美国德州大学圣安东尼奥校区陈邦林团队等人合作，基于双溶剂工艺和PS纳米球模板法制备了世界第一个有序大孔-微孔MOF单晶材料。研究人员首先将单分散的PS纳米球组装成高度有序的3D结构，然后利用ZIF-8前驱体在PS模板上生长ZIF-8，并浸泡在甲醇/氨水混合溶剂中；随后，通过THF选择性刻蚀PS模板，最终得到具有高度有序的超过200 nm的大孔-微孔结构三维ZIF-8单晶（SOM-ZIF-8）。
Kui Shen,Yingwei Li, Banglin Chen et al. Ordered macro-microporous metal-organicframework single crystals. Science 2018, 359, 206-210.
纳米晶样品库
Science：多元纳米异质结控制合成的普适性策略！
美国宾夕法尼亚州立大学Raymond E. Schaak课题组基于阳离子交换策略，发展了一种多元纳米异质结控制合成的普适性策略。研究人员首先以Cu1.8S纳米颗粒作为起始材料（第一代），通过Cd2+和Zn2+进行不完全离子交换，得到最简单的纳米异质结构（第二代）。然后以此简单的异质结作为起始材料，继续通过各种不同金属离子进行不同程度的多元离子交换，同时辅以选择性刻蚀或者选择性沉积方法，引入Cd、Zn、Co、Mn、Ni、Ag、Au、Pt等元素，制备得到更多复杂结构的多元纳米异质结。
这套策略适用于0D、1D、2D等各种形貌和维度的材料体系，并可以实现对称结构、补丁结构、多孔结构、雕刻结构等各种复杂结构的精确控制。2个一作一口气做了47种异质结纳米结构，不可谓不艰辛。
Julie L.Fenton、Benjamin C.Steimle, Raymond E. Schaak. Tunable intraparticleframeworks for creating complexheterostructured nanoparticle libraries. Science 2018, 360, 513-517.
Science：集齐八种金属的纳米高熵合金！
美国马里兰大学胡良兵课题组、伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar课题组、麻省理工学院 Ju Li课题组、以及约翰·霍普金斯大学Chao Wang课题组通力合作，发展了一种基于碳热震荡（Carbothermal shock）的合成方法，将金属前驱体分散在碳纳米纤维表面，然后通过2000K高温快速还原,实现了集成8种元素的单相高熵合金纳米颗粒在形貌、尺寸、组成的控制合成。
Yonggang Yao, Zhennan Huang, Pengfei Xie, Steven D. Lacey,, Liangbing Hu, Reza Shahbazian-Yassar,Ju Li, Chao Wang et al. Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloynanoparticles. Science 2018, 359, 1489-1494.
Science：一个配方做10种双金属纳米催化剂！
美国路易斯安娜州立大学Kunlun Ding团队基于表面无机金属化学，发展了一种双金属纳米颗粒的通用合成策略。研究人员独辟蹊径，通过SiO2载体，一步一步吸附，直接在载体上均匀形成双盐前驱体，解决了双盐前驱体的溶解性很差的苦恼，同时又增强了载体-前驱体的相互作用。最终，研究人员实现了一个配方做10种双金属纳米催化剂。
Kunlun Dinget al.Ageneral synthesis approach for supported bimetallic nanoparticles viasurfaceinorganometallic chemistry. Science 2018, 362, 560-564.
石墨烯新玩法
Science：化学合成半导体纳米孔石墨烯！
西班牙加泰罗尼亚纳米科技研究所Aitor Mugarza, César Moreno和西班牙圣迭戈·德孔波斯代拉大学Diego Peña团队合作，报道了一种化学分子前驱体聚合制备1 nm孔半导体石墨烯的新策略。研究人员采用类似石墨烯纳米带的合成策略，以DP-DBBA为分子前驱体，在Au(111)单晶表面。在200℃时分子开始聚合，在400℃左右开始形成纳米带。和之前的石墨烯纳米带不一样的是，这种石墨烯纳米带结构并不是规则的直线型，因此，当进一步进行450℃的退火操作时，石墨烯纳米带并没有继续变宽形成更宽的纳米带，而是聚合形成纳米孔结构的石墨烯。
CésarMoreno, Manuel Vilas-Varela, Bernhard Kretz, Diego Peña, Aitor Mugarza et al.Bottom-up synthesis of multifunctional nanoporous graphene. Science 2018, 360,199-203.
Science：看见单原子催化石墨烯生长！
意大利里雅斯特大学的Laerte L. Patera课题组发展了一种实时成像技术，可以“看见”Ni表面的单原子催化石墨烯生长过程。研究人员以Ni(111)作为生长基底，通过高分辨扫描隧道显微镜实时原位成像技术，从原子尺度和毫秒时间分辨率上发现，石墨烯边界kink位点上，单个Ni原子参与到催化生长过程中。基于DFT计算和反应路径的分子模拟，研究人员认为，单个的Ni吸附原子有效降低了反应能垒，是石墨烯CVD生长过程中C原子不断增加的驱动力。
Laerte L.Patera et al. Real-time imaging of adatom-promoted graphene growth on nickel.Science 2018, 359, 1243-1246.
最后，让我们啥也不说，静静地看图吧：
八层核壳结构的MOF
Guowu Zhan and Hua ChunZeng*. Hydrogen spillover through Matryoshka-type (ZIFs@)n−1 ZIFs nanocubes[J].Nat. Commun.,2018.
具有完美LSPR的Ag纳米球
LongLin, Min Chen, Haiyan Qin, and Xiaogang Peng*. Ag nanocrystals with nearlyideal optical quality: synthesis, growth mechanism, and characterizations.J. Am. Chem. Soc.,2018
具有完美单颗粒散射的Au纳米立方体
Jeong-Eun Park, YeonheeLee and Jwa-Min Nam. Precisely Shaped, Uniformly Formed Gold Nanocubes with UltrahighReproducibility in Single-Particle Scattering and SurfaceEnhanced RamanScattering. Nano Lett. 2018.
单层原子晶体分子超晶格
Chen Wang, Lei Liao, YuHuang, Xiangfeng Duan et al. Monolayer atomic crystal molecular superlattices.Nature 2018, 555, 231–236.
下一代锂离子电池新型负极材料
Yan Lu, Le Yu, Xiong WenLou. Nanostructured Conversion-TypeAnode Materials for Advanced Lithium-Ion Batteries, Chem, 2018, 4, 972 – 996.
系统化合成理论的建立，一方面是为了追求科学的乐趣，另一方面也是纳米技术实际应用最根本、也容易被忽略的基础问题。希望在纳米合成的道路上，我们能走得更高、更远！
