《自然·通讯》报道孙立涛教授团队研发的“电驱动阳离子交换”方法，可实现单一异质纳米结构的原位可控制备
图1电驱动的阳离子交换方法用于制备单一异质纳米结构示意图
近日，东南大学电子科学与工程学院孙立涛教授团队的研究成果“Electrically driven cation exchange for in situ fabrication of individual nanostructures”以我校为第一完成单位在线发表于Nature Communications8, 14889 (2017)。我校博士生张秋波，青年教师尹奎波为共同第一作者，孙立涛教授与加州大学伯克利分校郑海梅教授为共同通讯作者。论文的三位评审人一致认为这是一项非常出色的原创性研究工作，具有重要的科学与应用价值。
阳离子交换方法通常用于制备直接合成方法实现不了的结构和成分更复杂的纳米材料，是目前制备异质纳米结构的主要方法。现有阳离子交换方法分为溶剂驱动的阳离子交换和热驱动的阳离子交换两种，如图2a, b所示。而这两种阳离子交换方法都很难实现单一异质纳米结构的可控合成，严重制约了未来高精度纳米器件的集成加工与制造水平。
图2三种不同类型的阳离子交换方法。a.离子溶剂驱动的阳离子交换；
b.热驱动的阳离子交换；c.电驱动的阳离子交换。
孙立涛教授团队首次提出了电驱动的阳离子交换方法，通过控制迁入离子源的接触位置，可以对复杂结构中的纳米单体进行选择性制备与修饰（图1、图2c），且可以精确的控制阳离子交换的反应过程，制备出不同程度的异质结构纳米晶（图3）。有了此方法后，对纳米器件集成或纳米结构中的任意单一个体可直接选择性的原位制备与修饰；且可以直观的观察单体异质结构的形成过程，得到具有不同电学特性的异质结构单体。其物理机制如图3所示：在施加正向偏压的作用下，CdS纳米晶的Cd原子由于欧姆热的作用部分升华，同时在纳米晶的表面留下阳离子空位；而支撑CdS纳米晶的Cu电极发生电溶解变成荷正电的Cu+，Cu+在电场力的作用下沿着阳离子空位处迁移，逐渐形成不同程度的异质结构。
图3 CdS/Cu2S异质结构纳米晶的形成过程
孙立涛教授团队的工作不仅证明了电驱动的阳离子交换方法是一种可控制备异质结构纳米单体的有效方法，同时也为理解阳离子交换过程中异质结构形成的微观机制提供了可视的、直接的证据。让纳米尺度下材料和器件的加工与制备更清晰、更精准、更可控。
该项工作是孙立涛教授团队近年来在原位高精度纳米加工与表征方向的系列工作中的又一重要成果，相关前期成果分别发表在Adv. Funct. Mater. (2016)DOI: 10.1002/adfm.201603897（影响因子15.23）、Nano Energy 30, 771(2016)（影响因子11.553）、2D Mater. 4, 011001 (2017)（影响因子9.611）等重要学术刊物上。该研究得到了国家自然科学基金委杰出青年基金项目、国际合作重点项目和国家重大科研仪器设备研制专项等（11525415，51420105003，11327901，61274114)的资助。
(蒋明霞)
该论文的链接为：
http://www.nature.com/articles/ncomms14889
