具有与石墨烯类似结构的二维过渡金属二硫化物（TMD）在过去几年引起了极大的关注。这一大类层状材料共有一个类似的结构，即每个结构单元由重复共价键合的X-M-X（M =过渡金属; X =硫属元素）单原子厚叠层组成。随着层数的减少，TMD纳米片从间接带隙转变为直接带隙半导体（例如，MoS2从块材到单层的1.2-1.9eV）。这种特殊的依赖于层的物理特性使这种二维层状纳米材料在传感、催化和生物医学中得到广泛应用。随着二维TMD横向尺寸的进一步减小，少量层或单层纳米片的量子点（QD）将表现出更强的量子限域效应和边缘效应，随之带来的这种理化性质的增强为催化和生物医学应用引入了更多有趣和可利用的特性。然而这类TMD量子点的研究目前还非常少，其中一个主要原因在于目前较为苛刻的制备方法，因此制备各种TMD量子点仍然是一个长期而持续的挑战。
新加坡国立大学Prof. David Tai Leong (cheltwd@nus.edu.sg)课题组在工程化二维金属二硫化物量子点合成方面取得重要进展，研究者利用TM氧化物或氯化物和硫属元素前体通过自下而上的策略合成TMD QD的小型库（MoS2，WS2，RuS2，MoTe2，MoSe2，WSe2和RuSe2）。在温和的水溶液和室温条件下，反应几乎瞬间达到平衡（~10-20s）。通过使前体的反应化学计量偏离其固定的化学计量比，可以在相同的反应中实现缺陷的可控调节。使用MoS2 QD进行概念性生物医学应用验证，发现增加硫缺陷可增强癌细胞中的氧化应激，从而提升光动力学治疗效果。这种简便的策略将有助于优化未来利用缺陷工程来进行生物医学应用的纳米材料设计。
图1. 室温下自下而上合成TMD QD的示意图。
图2. 在类似温和条件下合成的TMD QD的其他组合的TEM图像。 （a-f）WS2，RuS2，MoTe2，MoSe2，WSe2和RuSe2 QD的TEM图像。标尺：100 nm。
该课题的研究工作得到National Research Foundation, Prime Minister’s Office, Singapore, Competitive Research Program支持。新加坡国立大学化学与生物分子工程系Prof. David Tai Leong和新加坡国立大学全球健康研究与技术生物医学研究中心主任Prof. Chwee Teck Lim为共同通讯。
Xianguang Ding, Fei Peng, Jun Zhou, Wenbin Gong, Garaj Slaven, Kian Ping Loh, Chwee Teck Lim, David Tai Leong, Defect Engineered Bioactive Transition Metals Dichalcogenides Quantum Dots [J], Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-018-07835-1
