纳米人-Chem. Soc. Rev.综述：周期性纳米结构：制备、性能及应用

Chem. Soc. Rev.综述：周期性纳米结构：制备、性能及应用

Nanoyu Nanoyu 2021-04-12

周期性纳米结构（PNSs）是一组由单个或多个纳米单元/组分周期性排列成有序图案（如垂直和横向超晶格）组成的纳米材料，由于其特殊的物理化学性质，在能量转换、电子和光电应用方面具有巨大的应用潜力，近年来引起了人们的极大关注。近年来，PNSs的制备策略，包括自组装、外延和剥离，为合理调控其铁电性、超导电性、带隙等物理化学性质铺平了道路。例如，最近在“魔角”石墨烯超晶格中观察到的超导电性的发现，引发了以新方式进行的深入研究，从而在扭曲的2D材料中创造了超晶格。

近日，澳大利亚国立大学殷宗友教授，昆士兰科技大学Dong-Chen Qi，昆士兰大学Jung-Ho Yun综述了PNSs材料的研究进展，包括其制备策略，性能以及应用。

文章要点

1）作者首先概述了PNSs不同的制备策略，包括气相制备（气相制备广泛用于修饰基底表面，也是合成PNSs最重要的方法之一。气相制备可分为化学气相沉积和物理气相沉积）、液相制备（通过插层和剥离制备2D PNSs和插层PNSs的前体，然后通过自组装获得1D、2D和3D PNSs）和其他复杂的制备策略（平版模板法、扭曲PNSs的制备），从而为进一步的深入研究提供材料平台。

2）通过合理的方式构建PNS，可以使得人们可以诱导和定制其新的物理特性和功能，而这些新的物理特性和功能通常是母体材料所不具备的。作者接下来重点概述了不同类型的PNS的新的物理性能，特别是以超晶格的形式出现的物理性能，包括铁电性、铁磁性、压电性和超导性，以及工程电子/光电性能，这些性能对于开发基于这些新型人造材料的PNS的未来应用至关重要。

3）PNSs在能量转换、光电子学和电子器件等领域有着广泛的应用前景。作者在接下来总结了PNSs在水分解（HER, OER）、二氧化碳还原（CO₂RR）、燃料电池、热电、太阳能电池、光电探测器、发光二极管和存储器件中的应用。

4）作者最后指出了PNSs研究仍面临的一些挑战，包括：i）尽管已经开发了涵盖了多种方法，包括汽相、溶液相和其他复杂方法的制备策略。然而，这些方法大多存在生产效率低、形貌不可控、稳定性等问题；ii）除了有机-2D杂化的PNSs外，PNSs的成分大多局限于一种材料，例如氧化物超晶格；iii）对PNSs在各种应用中的深入了解仍然有限。