李洪来在二维原子晶体原子置换机制研究上取得重要进展

近日，纳米材料领域国际顶级学术期刊《ACS Nano》（影响因子13.94）杂志在线发表了我校材料科学与工程学院青年教师李洪来为第一作者，题目为“Strain-Tuning Atomic Substitution  in Two-Dimensional Atomic Crystals”的研究论文，该研究首次揭示了二维原子晶体中应力调节的原子置换反应机制。

纳米材料的精确设计和制备是材料科学家长期探索的课题之一。置换反应可以有效的调节纳米材料的化学结构和物理性能，为半导体材料能带调控和异质结构的有效构筑提供了一个重要的途径。但目前，人们对于置换原子如何找到最合适的位置及置换反应过程如何进行仍然未知。

最近，潘安练教授领导的集成光子材料与器件研究团队通过理论与实验相结合，分别系统地研究了Se原子置换单层二维原子晶体MoS2和S原子置换单层MoSe2。密度泛函理论计算表明，置换反应最先开始于单层材料的边缘键位置。对于Se原子置换单层MoS2，初始的置换反应会对材料产生拉应力。而拉应力会增大晶格间距，降低置换能量势垒，进而促进置换反应的后续发生；但对于S原子置换单层MoSe2，由于原子尺寸大小关系（S原子半径小于Se原子），初始的置换反应会对材料产生压应力，所以会减小晶格间距，增加置换能量势垒，进而抑制置换反应的后续发生。进一步，课题组通过动力学蒙特卡洛模拟和实验结果，均验证了上述的自我促进或抑制的反应机制。该研究提供了一种精确制备多功能纳米材料的有效方法，同时，在二维原子晶体的化学物理机理研究上迈出了重要一步，极大推动了二维结构的基础研究进程和发展。

论文第一作者李洪来2017年博士毕业于湖南大学并留校工作，师从潘安练教授。本工作是他毕业一年左右时间内第二次在ACS Nano期刊发表高水平研究论文。研究工作得到了我校特聘教授段镶锋和中国人民大学教授季威等合作者的大力支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b01646