《JACS》亚纳米线不合错误称缺陷招致的单晶无机螺旋布局及水凝胶使用

择要

构建单晶无机螺旋布局是浩繁研究范畴的一个惹人入胜的课题。然而，自卷曲的驱动力，格外是在螺旋布局中，仍旧是一个庞大挑衅。近来，清华大学杨勇传授/王训传授团队以 MoO3-x 亚纳米线（SNW）为例，团队发觉具有差别尺寸特性的自觉螺旋布局与其外貌不合错误称缺陷紧密相干。详细而言，SNW 的外貌缺陷对付孕育发生自卷曲历程至关紧张，从而实现有序的螺旋构象。

理论盘算进一步评释，面内和面外卷曲布局的形成是由外貌缺陷的不合错误称漫衍决定的，具有强库仑吸引力的不匀称电荷分散主导了差别的布局设置装备摆设。所得的 MoO3-x SNW 在水溶液和水凝胶基质中均体现出优秀的光热举动。该研究提供了一种新的协议，以实现其将来应用的螺旋布局设计。相干论文以题为Single-Crystal Inorganic Helical Architectures Induced by Asymmetrical Defects in Sub-Nanometric Wires颁发在《J. Am. Chem. Soc.》上。

主图

MoO3-x SNW 的表征

图 1. MoO3-x SNW 的典范形态。(a) MoO3-x SNW 的 TEM 图像。(b, c) 1D-MoO3–x SNW 的 HRTEM 图像 (b) 和原子辨别率 HAADF-STEM 图像 (c)。(d) 1D-、2D-和3D-MoO3-x SNW形成的表示图。钼 (Mo) 原子和氧 (O) 原子分别用青色和赤色球表现。(e-g) TEM 图像 (e)、HRTEM 图像(f) 和 2D-MoO3-x SNW 的 EDS 元素映射 (g)。(h-j) 3D-MoO3-x SNW 差别放大倍数 (h, i) 的 TEM 图像和 HRTEM 图像 (j)。(g) 中的比例尺：250 nm。

图 2. MoO3-x SNW 中氧缺陷的表征。(a, b) MoO3-x SNW 和 MoO3-500 的 Mo 3d 焦点级 XPS 光谱 (a) 和 ESR 光谱 (b)。(c, d) MoO3-x SNW 和 MoO3 箔的 Mo K-edge XANES (c) 和 FT-EXAFS (d) 光谱。

图 3. 螺旋布局的表征。（a）由不合错误称缺陷引起的螺旋布局的形成。(b-d) 2D-MoO3-x SNW (b) 和 3D-MoO3-x SNW (c, d) 的 HAADF-STEM 图像。(e, f) TEM 倾斜角测试图像和 3D-MoO3-x SNW 在 45° (e) 和 90°(f) 处的相应模子。(g) 帽状 MoO3-x SNW 的 TEM 图像和相应模子。(h, i) 两个单独的 2D-MoO3-x SNW 组合的 TEM 图像和相应模子：堆叠 (h) 和绑定 (i)。

图 4. 形成螺旋形 MoO3-x SNW 的理论盘算。(a) 原始 MoO3 SNW 的真实空间 3D 轨道等高线图。(c) 动态模仿后 2D-MoO3-x SNW 的布局设置装备摆设。(d) 所选地区的 2D-MoO3-x SNW 的真实空间 3D 轨道等高线图。(e) 氧缺陷在两个外貌上不合错误称漫衍的图示。(f, g) 动态模仿后从顶视图 (f) 和侧视图 (g) 看到的 3D-MoO3-x SNW 的布局设置装备摆设。(h) 3D-MoO3-x SNW 的真实空间 3D 轨道等高线图。(i-k) 原始 MoO3 SNW (i)、2D-MoO3-x SNW (j) 和 3D-MoO3-x SNW (k) 的 PDOS。(l) 对称缺陷和非对称缺陷的形成能比力。

图 5. MoO3-x SNW 的光热性能。(a) MoO3-x SNW 和 MoO3-500 水溶液的 UV-vis-NIR 汲取光谱。插图：两种水溶液的照片。(b, c) MoO3-x SNW 水溶液在激光照耀下的温度改变 (b) 和轮回测试 (c)。(d) MoO3-x SNW-PVA 水凝胶的表示图。(e) MoO3-x SNW-PVA-4 在激光照耀下的温度改变。插图：水凝胶的照片。(f) 80 秒激光照耀后种种水凝胶的温度比力。(g) MoO3–x SNW-PVA 薄膜的照片（上）和红外图像（下）。(h) MoO3-x SNW-PVA 薄膜的形状规复历程。

总结

利用甘氨酸作为激发剂乐成构建了单晶 MoO3-x SNW 螺旋布局，而且通过 SNW 的自缠绕形成了二维和三维螺旋布局。与曩昔具有极性外貌的无机螺旋布局的形成差别，该事情中的螺旋布局重要由 AD 孕育发生。MD 模仿和 DFT 盘算展现了 MoO3-x SNW 局部布局中氧缺陷的对称性和位置，这是面内和面外线圈布局的重要泉源，这也导致了电子布局的调制SNW。别的，合成的 MoO3-x SNW 在水溶液和水凝胶基质中均体现出加强的近红外光汲取和优秀的光热举动。团队的事情不但为庞大无机螺旋布局的设计提供了一种新要领，并且为研究具有刺激-相应特性的质料的可控自组装提供了一些新的思绪。

参考文献：

doi.org/10.1021/jacs.1c03607

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