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华中科技大学翟天佑-刘开朗:二维无机分子晶体 精选

已有 2574 次阅读 2024-4-25 11:32 |个人分类:AMR Account|系统分类:论文交流

华中科技大学翟天佑-刘开朗:二维无机分子晶体

近日,华中科技大学翟天佑教授和刘开朗教授的AMR述评文章“Emergence of Two-Dimensional Inorganic Molecular Crystals”在线发表。文章介绍了二维无机分子晶体这一类具有全新结构的二维材料。从该类材料的发现和概念的提出到其基本性质研究以及器件应用,总结了该领域的发展过程,并对该领域面临的挑战和未来的发展做了分析和展望。

关键词:二维无机分子晶体;二维材料;范德华相互作用;介电材料;场效应晶体管

1 文章内容简介

2004年石墨烯的发现引发了二维材料的爆发性发展,为材料、化学、物理等学科提供了优异的研究平台,也为下一代器件应用带来了全新的发展机遇。长期以来,吸引人们广泛研究的石墨烯等二维原子晶体层内由强共价键、层间由弱范德华力结合。我们在本文介绍的二维无机分子晶体与之具有完全不同的结构特征,其以无机小分子为结构单元,三维方向均由弱范德华力结合构成。2019年,我们报道了首例二维无机分子晶体Sb2O3,随后开始了二维无机分子晶体的研究之旅。本文我们主要介绍二维无机分子晶体的概念,并总结近年来该领域的主要研究进展。自从提出二维无机分子晶体的概念以来,我们在这个研究方向上进行了系列研究尝试。在Sb2O3之外,我们发现了更多具有不同性质的无机分子晶体体系,拓展了二维无机分子晶体材料体系,研究和调控无机分子之间的相互作用,发现了其对无机分子间电荷传输的影响规律。此外,在应用探索方面,我们利用无机分子晶体的特殊结构,研制了适用于高性能二维半导体器件规模化集成的范德华介电薄膜,相较于其它介电层,其在性能和集成方面表现出明显的优势。最后我们展望了本领域面临的发展机遇和挑战。对于这一类全新的材料,研究人员从不同的视角看待时通常都能发现新的研究机遇机会,我们希望本文能为他们了解和熟悉二维无机分子晶体奠定基础,激发他们的研究兴趣,共同推动该领域的发展。

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2 AMR:请问您择该领域的初心是?

作者团队:

正如文章中所述,我们发现二维无机分子晶体源自一个偶然的实验。我们在一次意料之外的实验中实现了二维无机分子晶体Sb2O3的合成,并很快意识到其结构与传统二维原子晶体的不同之处,故而提出了二维无机分子晶体这一新概念。我们深知新结构的材料通常蕴含着全新的研究机遇,因此我们开始从二维无机分子晶体的合成、性质研究到器件应用进行研究尝试。材料的结构通常很大程度上决定了其性能和应用场景,因此,我们开展的研究工作都紧扣二维无机分子晶体的结构特征。幸运的是我们围绕二维无机分子晶体的合成、性质以及器件应用均作出了一些初步的成果。现在我们也希望有更多研究者关注这个领域,这也是我们撰写这篇论文的初衷。

3 AMR:请问您对该领域的发展有何种愿景?

作者团队:

二维无机分子晶体的发现源自一次偶然。该领域的发展仍处于起步阶段。当前,无论是在新二维无机分子晶体的探索、物理化学性质的研究还是器件应用方面都蕴含着研究机遇。我们希望有更多研究者关注和了解这一类全新的材料。他们可能来自不同领域,具有不同的知识背景,能从各自不同角度思考二维无机分子晶体这类材料,如若能将其与各自的研究背景相结合,参与到二维无机分子晶体的研究中,必将有力地推动本领域的发展。

4 AMR:您认为该领域当前最值得关注的热点是什么?

作者团队:

从2019年至今,我们团队已经在二维无机分子晶体领域深耕了五个年头。从概念提出到器件应用我们做了一些初步的研究,但整体来看,二维无机分子晶体仍然是一个刚刚兴起的新领域,也正在受到研究者们的关注。二维无机分子晶体代表了一类新材料,探索和合成更多具有该结构的材料体系,尽可能大地扩充二维无机分子晶体家族是发展该领域需要关注的首个问题。相较于二维无机原子晶体,以小分子为结构单元的二维无机分子晶体在材料的设计合成上具有更大的自由度。不同无机分子通过不同方式的排列组合就可能实现完全不同的多元无机分子晶体的设计和合成,我们认为在这方面仍存在非常广阔的探索空间。作为范德华介电材料是二维无机分子晶体的器件应用方面的主要尝试,以该类材料的结构特征为根本出发点,充分利用其特殊结构开拓其在各类功能器件中的应用也是值得关注的热点问题。

作者简介

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翟天佑,华中科技大学教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,入选中国化学会会士、英国皇家化学会会士和全球高被引科学家名录。2003年本科毕业于郑州大学化学系,2008年博士毕业于中国科学院化学研究所,2008-2012年在日本物质材料研究机构先后任JSPS博士后和ICYS研究员。主要从事微纳光电子材料合成与器件研究,已发表SCI论文500余篇,引用3.8万余次,H因子为107。以通讯作者身份在Nat. Mater.Nat. Electron.JACSAngew. Chem.Nat. Commun.Adv. Mater.等期刊上发表论文300余篇。担任InfoMat副主编、中国化学会理事、中国化学会青年化学工作者委员会副主任等。

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刘开朗,华中科技大学教授,博士生导师,入选国家级青年人才。2010年本科毕业于华中科技大学,2013年硕士毕业于中国科学院金属研究所,2017年博士毕业于法国马赛中央理工学院,之后在华中科技大学从事博士后研究,2023年入职华中科技大学材料科学与工程学院。主要从事新型低维半导体材料和器件集成方面的研究,发表SCI论文40余篇,其中以第一/通讯作者在Nat. Mater.Nat. Electron., Adv. Mater.等期刊上发表论文10余篇。

扫码阅读翟天佑教授-刘开朗教授团队的精彩Account文章:

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Emergence of Two-Dimensional Inorganic Molecular Crystals

Kailang Liu and Tianyou Zhai*

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00280

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1 崔锦华

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