科学家开发了一种方法，可以在二硫化钼(MoSe2)薄膜上自组装六角形的有机多孔结构，从而形成有序的纳米结构。二维过渡金属二硫化氢(TMDs)在生长过程中引入的缺陷往往对其性能产生较大影响。当两个互为镜像的晶粒在生长过程中结合时，就形成了晶界。这就产生了一个线缺陷，称为镜像双边界(MTB)，虽然镜像双边界通常不利于载流子/能量的传输和光学应用，但镜像双边界通常具有催化活性，可以作为纳米级分子自组装的模板。
新加坡国立大学物理系Andrew WEE教授领导的研究小组，包括研究员何晓烨博士和黄玉立博士，开发了一种方法，可以在分子束外延生长二硫化钼膜上自组装二氨基苯那嗪(DAP)分子。二硫化钼膜含有密集的镜像双边界缺陷网络，具有伪周期的“车轮”图案。通过自组装过程，二氨基苯那嗪(DAP)分子排列成多孔结构。这些结构呈交替的线性和三角形构型，遵循底层二硫化钼(MoSe2)层的六角形“马车轮”图案。
二氨基苯那嗪(DAP)是一种具有良好发光、电化学和生物化学应用前景的有机化合物。这些结果表明，二硫化钼单分子膜的位置依赖电子和化学性质可以作为纳米图形的天然模板。与原始半导体二硫化钼结构域相比，这种位点特异性的分子自组装过程具有更强化学反应性。研究小组的第一原理计算表明，活跃的镜像双边界与二氨基苯那嗪分子中的氨基结合，促进了组装过程。在解释这项研究的意义时，Andrew WEE授说：这些有缺陷的过渡金属二硫化氢和多孔有机分子结构可以找到潜在的应用。
比如选址催化、分子传感器或柔性有机光电器件，这项研究为在原子水平上制备纳米二维过渡金属二硫化氢表面提供了一条新的途径，并为探索二硫化钼的局部化学性质提供了一个平台。控制二维(2D)材料缺陷的密度和类型，促使开发新的方法来调整其物理和化学特性。特别是过渡金属双晶上的镜像双晶边界(MTBs)，由于其具有电荷密度、波的跃迁和自旋电荷分离特性，引起了人们的广泛关注。
在本研究中，展示了二氨基苯那嗪(DAP)分子多孔结构在二硫化钼六角形马车轮图形表面上的自组装，该多孔结构具有l型和t型交替聚集构型。与原始半导体二硫化钼结构域相比，这种位点特异性分子自组装归因于更具有化学活性的金属镜像双边界。第一性原理计算表明，活性MTBs与DAP分子中的氨基结合促进了DAP组装。研究结果证明了MoSe2单分子层的位置依赖电子和化学性质，可以作为一个天然模板来创建有序的纳米结构。
博科园｜研究/来自：新加坡国立大学
参考期刊《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-10801-0
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