五重孪晶金属纳米线在现有和新兴技术中得到广泛应用。然而，人们对其生长机制知之甚少。

有鉴于此，宾夕法尼亚州立大学Kristen A. Fichthorn等人，使用多尺度理论从第一性原理探讨了氯和烷基胺介导的五重孪晶铜纳米线的溶液-相生长的起源。

本文要点

1）利用量子密度泛函理论(DFT)计算，描述了铜原子在氯覆盖的Cu(100)和Cu(111)表面的结合和表面扩散。发现，在氯化Cu(111)表面上，Cu原子的结合强度比在氯化Cu(100)表面上更强，扩散速度更慢，这与裸铜表面的趋势相反。

2）还研究了界面扩散，发现从 Cu(100) 到 Cu(111) 的过程比相反的过程更快。使用 DFT 速率在 Ångstrom 尺度的各个位点之间跳跃，计算了各种长度（高达数百微米）和 10 nm 范围内直径的纳米线的粗粒界面速率。仅基于表面扩散预测长宽比约为 100 的纳米线。

3）还考虑了自组装烷基胺层的影响，该层覆盖了大部分{100}面，但在{111}面和靠近{100}/{111}边界的“端区”上缺乏或薄且无序。通过端区，预测了在实验范围内的纳米线宽高比。

总之，该工作揭示了卤化物促进高纵横比纳米线生长的机制。

参考文献：

Junseok Kim et al. Solution-Phase Growth of Cu Nanowires with Aspect Ratios Greater Than 1000: Multiscale Theory. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c07425

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07425