资讯科技学院博士生在Nature子刊上发表高水准学术论文

近日,澳门科技大学资讯科技学院2017级博士生赵劲来在张晗教授和李建庆教授的指导下,以澳门科技大学为第一完成单位在国际顶级学术期刊Nature Communications(影响因数11.88,中科院JCR 1区,TOP期刊)上发表题为“Liquefaction of Water on the Surface of Anisotropic Two-dimensional Atomic Layered Black Phosphorus”(DOI: org/10.1038/s41467-019-11937-9)的学术论文。博士生赵劲来为该论文的第一作者。

二维黑磷晶体材料由于具有天然的沟槽状原子排列结构,导致其在相互垂直的Armchair和Zigzag方向具有非常明显的各项异性特性,包括电学性能、光学性能、机械性能和热电性能等。针对黑磷的各向异性原子排列结构,作者设计了一个水滴在黑磷晶体表面凝结的动态实验,并运用光学显微镜将小水滴在黑磷晶体表面凝固的整个过程记录下来。实验结果表明,凝结在黑磷晶体表面的小水滴形状为椭球形,且其长轴为黑磷晶体的Zigzag方向。然而,在同样条件下,在不具备各向异性原子排列结构的石墨烯和二硫化钼表面所形成的小水滴为圆球形。分子动力学模拟计算结果表明,水分子在沿著黑磷晶体Zigzag方向具有最小的能量,结构相对稳定。而水分子在石墨烯和二硫化钼晶体表面各个方向分布能量相差不大,因此不具备各向异性的亲水性能。作者进一步利用偏振拉曼光谱验证水滴各项异性亲水性能的准确性和可靠性,採用原位拉曼光谱的特徵峰位置和强度变化以及黑磷FET的电学性能来验证亲水实验对黑磷晶体的无损性。该工作首次提出了小水滴在异性二维材料晶体表面各项异性的分布现象。同时该方法可用做二维材料各项异性原子排列方向快速(<10 s)鉴定,对各项异性的光学器件、光电器件、光热器件和纳米机械器件的製备和应用具有非常重要的指导意义。

该研究工作得到了澳门科技发展基金(编号:007/2017/A1和132/2017/A3)的大力支持。文章下载连结:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11937-9

1 小水滴在黑磷晶体表面各向异性分布的原理示意图。(a) 侧视图,(b) 俯视图

2 小水滴在少层和块状黑磷/石墨烯/二硫化钼表面的分布。(a/e/i)和(b/f/j) 分别为少层黑磷/石墨烯/二硫化钼亲水实验前和后的表面形貌图。(c/g/k)和(d/h/l) 分别为块状黑磷/石墨烯/二硫化钼亲水实验前和后的表面形貌图。