图 限域空间内实现过渡金属硫族化合物纳米管的手性可控制造

近日，浙江大学机械工程学院项荣教授团队联合大连理工大学、西湖大学、苏州实验室、北京大学及日本大阪大学、东京大学等国内外合作单位在原子级制造方向取得新进展。相关成果以“扶手椅型过渡金属硫族化合物纳米管的选择性制备（Preferred synthesis of armchair transition metal dichalcogenide nanotubes）”为题，发表在《科学》期刊上（Science, 2026, DOI: 10.1126/science.aeh1429）。

过渡金属硫族化合物（TMDC）纳米管，具有带隙覆盖范围广、非线性光学效应强等特性，以及承载谷电子学等物理效应，在光电器件、量子信息、催化等领域拥有广阔应用前景。但在原子尺度下，因极小的结构失配引发显著性能差异的TMDC纳米管的构型控制难题，自1992年首次被发现以来，相关研究尚未取得实质性突破。

该研究成果表明，以氮化硼纳米管作为模具，可在其空心通道内实现TMDC材料的限域生长，进而实现TMDC纳米管特定手性构型的选择性合成。以二硫化锡为例，该方法制备合成的“扶手椅型”TMDC纳米管占比最高可达84%。该策略同样适用于二硫化钼、二硫化钨等典型TMDC材料，均表现出明显的扶手椅型择优生长特性。进一步，通过原位透射电子显微镜实时观测，发现其机理在于TMDC会优先在氮化硼纳米管内壁生长出一条锯齿形纳米带，在模具的限域作用和管壁振动下，锯齿型纳米带通过层间滑动、边缘闭合，进一步卷成扶手椅型的纳米管。

作者表示，该成果利用自下而上的原子级制造方法创制全新材料体系，在限域空间内实现过渡金属硫族化合物纳米管的手性精准制备，解决了领域内遗留了30年的一个国际难题，为提升原子级制造一致性提供了一条新思路。

（摘自国家自然科学基金委）