他，刚刚发表人生第10篇Science！

将纳米晶体（nanocrystals, NCs）自组装成远程有序阵列，可以实现自下而上的分层组织功能和多功能材料设计。大量工作确定了将胶体NC组装成面心立方（fcc）和体心立方（bcc）固体、多组分二元和三元NC超晶格，以及准晶体结构的条件。这些方法使用表面由长碳氢化合物链或表面带DNA链功能化的NC，这些链支持胶体稳定性，但也具有至少1至2纳米厚度的电绝缘屏障来分离NC。这些屏障导致有序NC自组装的电子导电性差，并限制了其实际应用前景。

一些综合效应可以通过等离子体激发或磁偶极子的远距离耦合来发展，但需要自由电子运动来形成导带。平移对称性和强电子耦合的结合有望为从现有的NC候选者中构建新功能材料提供一个通用平台。

通过使用非常紧凑（通常是无机）的表面配体，可以实现NC之间的强耦合。例如，覆盖In2Se42-表面配体的CdSe NC薄膜可以开发带状电子传输。这些配体为NC表面增加电荷，NC在极性溶剂中充当静电稳定胶体。然而，具有此类配体的NC无法形成有序的结构，因为接触NC之间产生的van der Waals吸引力太强，并以凝胶或玻璃的形式阻止了系统构成。构建强电子耦合NC固体的另一种方法是在组装后去除原生绝缘有机配体，这有时会导致NC的定向附着。然而，由于结构缺陷的积累，不可逆定向附着不能产生大型有序超晶（Supercrystalline SC）结构畴。这个问题是任何缺乏微可逆性支持的自愈路径的组装过程所固有的。

芝加哥大学Dmitri V. Talapin课题组在纳米晶的自组装上取得进展，在2022年3月25日，以Self-assembly of nanocrystals into strongly electronically coupled all-inorganic supercrystals为题在Science上发表文章。

作者描述了一类新型全无机SC材料，这些材料将远程有序与强电子耦合相结合。作为构建块，作者使用NC（如Au、Pt和Ni等金属或半导体，如PbS和PbSe），上面覆盖着小型导电的金属硫复合物（MCC）配体（如Sn2S64–、Sn2Se64–、In2Se42–、AsS43–和Cu6S42-）。通过使用多价盐的可控絮凝，这些NC组装成fcc和六边形封闭式SC，以及其他对称性更复杂的结构。碱金属、NH4+或N2H5+作为阳离子来平衡电荷。

通过微调粒子间相互作用，组装可通过一步成核或非经典的两步成核途径。在后一种情况下，成核之前形成了两个亚稳定的胶体流体。

本文的结果表明，无机阴离子可以形成金属纳米晶体（如金和镍）的电子耦合晶体，以及具有高介电常数的半导体，如硫化铅。多价阴离子以致密但可逆的方式与纳米晶体表面结合，并允许重新排列，从而形成晶体而不是非晶状凝胶。

图文详情

图1. 全无机纳米晶自组装的组成多样性

图2. 电荷稳定胶体纳米晶体相互作用和相平衡的建模

图3. 电荷稳定的NC胶体中的三相共存与成核

图4. 全无机NC超晶格中的强耦合和可逆性

本文是通讯作者Dmitri V. Talapin自2005年以来的第10篇Science，17年过去了，他秃了，也更强了！

Dmitri V. Talapin，芝加哥大学化学系教授，他出生在苏联，在白俄罗斯长大，2002年在德国汉堡大学获得博士学位，随后在IBM沃森研究中心从事博士后工作。从2005年到2007年，他是劳伦斯伯克利国家实验室的科学家，并于2007年加入芝加哥大学。

他的研究兴趣集中在无机纳米材料，从合成方法到自组装到电荷传输和器件应用。他的荣誉包括ACS无机纳米科学奖、材料研究协会杰出青年科学家奖、汤普森路透社基于十年引用影响评选的前100名化学家，以及大卫和露西尔·帕卡德科学与工程奖学金。他于2014年被选为皇家化学会会员，并担任由皇家化学学会出版的Chemical Science的副编辑。

以下是他所发表的10篇Science列表：

文献信息

Coropceanuet al., Self-assembly of nanocrystals into strongly electronically coupled all-inorganic supercrystals. Science 375, 1422–1426 (2022)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm6753

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