基于小分子层状凝胶内的二维限域反应制备非层状结构二维单晶纳米片

Two dimensional (2D) single crystal nanosheets present unique physical and chemical properties due to two dimensional quantum and surface effects. The research and application development on 2D single crystal nanosheets depend on controllable, high-quality preparation methods. Recently, the mechanical or chemical exfoliation techniques have been widely used for layered structure single crustal nanosheets such as graphene, MoS2, etc. However, the preparation of non-layered structure 2D nanosheets with controllable thickness in nanoscale is still great challenge. In this proposal, we utilize 2D space-confined reaction for preparation of non-layered structure single crystal nanosheets such as Au, Pt, CdS, etc. The 2D confinement space is formed of novel small molecule lamellar gel which possesses an order bimolecular membrane/gel solvent layer alternate lamellar structure. Finally, we utilize adjustable 2D space and low fluidity of gel solvent layer in the lamellar gel for preparation of large size non-layered structure 2D single crystal nanosheets under conditions of slow-growth. This project is great of importance to expand preparation and property research of 2D single crystal nanosheets, and develop small molecule lamellar gel.

二维单晶纳米片由于其二维量子限域效应和表面效应而表现出独特的物理和化学性质。对二维单晶纳米片物性的深入研究及应用开发依赖于发展可控的、高质量的二维单晶纳米片的制备方法。近年来,利用机械或化学的剥离技术已被广泛用于制备层状结构的单晶纳米片,如石墨烯、MoS2等。但对非层状结构的体相材料来说，要获得纳米级甚至原子级可控厚度的单晶纳米片仍是巨大的挑战。本项目中我们提出利用二维限域空间内的反应来制备厚度可控的非层状结构单晶纳米片（如Au、Pt、CdS等）。二维限域空间由一种新颖的小分子层状凝胶构成，该凝胶是由层状双分子膜与凝胶溶剂构成的双分子膜-凝胶溶剂层交替层状有序结构。利用此层状凝胶中凝胶剂层的纳米尺寸可调控的二维空间和凝胶溶剂的低流动性来控制晶体的限域缓慢生长，以期制备出厚度可控的大面积非层状结构二维单晶纳米片。本项目对于扩展二维单晶纳米材料制备和性质研究及小分子层状凝胶的开发具有重要意义。

二维单晶纳米片由于其二维量子限域效应和表面效应而表现出独特的物理和化学性质。对二维单晶纳米片物性的深入研究及应用开发依赖于发展可控的、高质量的二维单晶纳米片的制备方法。近年来,利用机械或化学的剥离技术已被广泛用于制备层状结构的单晶纳米片,如石墨烯、MoS2 等。但对非层状结构的体相材料来说，要获得纳米级甚至原子级可控厚度的单晶纳米片仍是巨大的挑战。本项目中我们利用了二维限域空间内的反应来制备厚度可控的非层状结构单晶纳米片（如Au、Ag、高分子等）。二维限域空间由一种新颖的小分子层状凝胶构成，该凝胶是由层状双分子膜与凝胶溶剂构成的双分子膜–凝胶溶剂层交替层状有序结构。按照这个设想，我们设计合成了五种新的双亲小分子，研究了这些分子的层状组装及层状空间的调控，利用此二维限域空间以及凝胶溶剂的低流动性成功制备出厚度可控的大面积非层状结构二维单晶纳米片，并研究了所制备的二维纳米材料的基本物性。本项目的顺利实施对于扩展二维单晶纳米材料制备和性质研究及小分子层状凝胶的开发具有重要意义。