本文使用元宝 Hy3 preview 模型总结归纳 。 摘要 金属卤化物钙钛矿因其优异的光致发光特性，已成为颇具前景的发光二极管半导体材料。然而，其性能仍受限于在衬底上原位合成钙钛矿纳米晶过程中“高结晶度”与“小尺寸”之间的固有矛盾。本文报道了通过原位聚合驱动的纳米晶限域策略，合成了由高质量纳米晶组成的钙钛矿薄膜，从而实现了高效的蓝色钙钛矿发光二极管。原位形成的聚合物网络在钙钛矿纳米晶生长过程中施加了纳米尺度的空间限域作用，使纳米晶兼具小尺寸和 83% 的高光致发光量子产率。此外，具有足够配位位点的可聚合单体延长了钙钛矿团簇的晶格重排时间，从而提升了纳米晶的结晶度。所合成的钙钛矿纳米晶用于制备发光二极管后，在 491 纳米波长处实现了 21.8% 的外量子效率，这是蓝色钙钛矿发光二极管中最高性能之一。该工作同时调控了钙钛矿结晶的热力学过程与有机配体反应，有助于深入理解配体工程对纳米晶合成的影响，从而推动高效钙钛矿发光二极管及其他光电器件技术的发展。 一、科学问题与策略设计 传统原位合成要么得到微米级大晶粒（高结晶但辐射复合弱），要么得到缺陷多、低结晶的小纳米晶。作者提出用含不饱和乙烯基+多配位醚/羰基的丙烯酸酯单体（如 P-MOA、OEGA、MPEG-MAA）作为可聚合配体： 单体与Pb²⁺/Br⁻配位，延缓初期簇聚集、延长晶格弛豫时间→提高结晶度 热引发（AIBN）在退火中原位自由基聚合形成POEGA网络，空间限域抑制过度生长→晶粒降至~11 nm（最优OEGA 1 wt% vs PbBr₂） 短链非聚合配体（N-MOA、DMM）或预成高分子（MPEG、PAA）均无法实现同等协同效果，证实原位聚合是关键 筛选发现 OEGA（Mn≈480）平衡了聚合速率与配位能力最佳：太小（P-MOA）限域不足，太大（Mₙ=5000）自聚集致尺寸不均。 二、结构、光学与器件性能 相变：受限纳米晶室温稳定为立方相（Pm 3 m），原样为正交相（Pnma），XRD 与 HRTEM-FFT 证实。尺寸效应+表面 OEGA 配位使立方相比表面积能最低，降低正交→立方相变临界温度。 电子–声子耦合减弱：变温 PL 拟合 LO 声子耦合强度 γ_LO 从 228→115.5 meV，E_LO从39.2→28.7 meV；低频 Raman 八面体畸变峰消失 → 非辐射复合被抑制。 PLQY 达 83%，寿命从 7.5 ns 延至 15.2 ns（OEGA）及 […]
面向亚 5 nm MOSFET 的 Si 兼容高性能二维纳电子器件
研究背景 随着集成电路器件尺寸持续向亚 5 nm 尺度推进，传统硅基 MOSFET 在短沟道效应、量子隧穿及功耗控制等方面面临严重瓶颈，难以满足未来高性能与低功耗芯片的发展需求。如何在极限尺度下实现高驱动电流、低泄漏及良好的栅控能力，并能够与现有硅基工艺相兼容，有效利用现有器件制造技术，成为下一代晶体管研究和应用亟须解决的关键问题。 研究内容 该研究针对超短沟道 MOSFET 性能提升这一核心问题，基于一类具有硅基工艺高度兼容性的二维单层材料 MNH2（M, N = C, Si, Ge），在保证高载流子输运能力的同时实现与现有工艺体系的良好兼容，为器件实际应用提供基础。该工作系统地开展了器件物理与量子输运研究，并构建适用于亚 5 nm 尺度的双栅 MOSFET 模型，深入分析其输运特性与性能极限。 图 1. MNH2单层几何结构及电子性质 研究结果表明，通过引入 Underlap 结构对沟道势垒进行调控可有效抑制短沟道效应并降低漏电流，从而在保证高导通电流的同时实现低功耗运行。通过系统分析不同结构参数对器件性能的影响，揭示了超短沟道条件下电流输运由隧穿机制向热发射机制转变的关键物理过程，从机理上实现器件性能的优化与提升。 图 2. 二维 MNH2 MOSFET 器件结构及输运特性 在器件性能方面，基于 MNH2 材料构建的 MOSFET 在亚 5 nm 尺度下表现出显著优势。在 5 nm 栅长条件下，器件导通电流最高可达 4157 μA/μm（n 型）和 3527 μA/μm（p 型），显著优于多数已报道的二维半导体器件。同时，器件的亚阈值摆幅最低可达 58 mV/dec，接近传统 MOSFET 理论极限，表明其具有优异的栅控能力和开关特性。 图 3. 二维 MNH2 MOSFET 开态电流特性比较 在动态性能方面，该类器件的延迟时间和功耗延迟积均远低于国际半导体技术路线图（ITRS）2028 指标要求，体现出良好的高速与低功耗特性。此外，在栅长进一步缩小至 3 nm 时，器件仍能够保持较高性能并满足高性能应用需求，显示出优异的尺度可扩展能力。与现有二维材料相比，该体系在驱动电流、功耗及综合性能方面具有明显优势，同时具备良好的工艺兼容性，为实际应用提供了重要基础。 值得注意的是，该体系呈现出良好的 n-p 对称性，适于用作 CMOS 器件。该研究系统证明了 MNH2 二维材料在亚 5 nm MOSFET 中的应用潜力，实现了高性能、低功耗与工艺兼容性的综合平衡，为后硅时代晶体管设计提供了新的技术路径和理论依据。 图 4. 二维 MNH2 MOSFET 功耗延迟积特性比较 总结 该研究面向先进微电子与集成电路领域，在下一代超大规模集成电路、低功耗高性能芯片以及新型二维半导体器件中具有重要应用前景。由于 MNH2 材料体系在电学性能与硅基工艺兼容性之间实现了良好平衡，可作为亚 5 nm 及以下节点 MOSFET 的潜在候选沟道材料，为先进制程技术提供新的解决方案。 在高性能计算、人工智能芯片以及移动终端等领域对器件功耗与性能的要求不断提升，该研究提出的材料与器件有望显著提升芯片能效比。同时，由于其 n 型和 p 型器件性能均衡，具备良好的 CMOS 集成潜力，可支持未来新型逻辑器件的发展。随着后硅时代电子技术的持续演进，该成果有望在纳米电子器件及高端芯片制造中发挥重要作用，具有良好的应用前景与推广价值。 参考文献 Hao-Ran Hu, Yan-Dong Guo, et al. Monolayer MNH2 (M, N = C, Si, Ge): Enabling sub-5-nm MOSFETs compatible with silicon-based manufacturing. Physical Review Applied, 2026, 25, 014058 […]
基于统计形状模型的成人二尖瓣形态变异
概述 二尖瓣反流（MR）影响着全球超过 2400 万人，是发病和死亡的主要原因之一。若不及时治疗，可能会进展为心房颤动、肺动脉高压，最终导致心力衰竭。经导管二尖瓣置换术（TMVR）因二尖瓣解剖结构的复杂性和高度变异性而面临独特挑战。为确保手术成功，TMVR 器械必须实现安全锚定、有效封堵和左心室流出通畅。然而，目前的临床前设计范式因对人群水平的二尖瓣解剖变异性认识不足而受到阻碍。 统计形状模型（SSM）为量化解剖结构变异性和构建具有代表性的 3D 解剖虚拟患者队列提供了一个稳健的框架，可作为生物力学计算机模拟临床试验的基础。本研究利用 72 例成人的前瞻性心电门控对比增强冠状动脉 CT 血管成像（CCTA）扫描数据开发了一个二尖瓣的统计形状模型，主成分分析揭示了形状变异的主要模式，与文献中已报道的解剖模式一致，验证了模型的生理相关性。SSM 能够有效捕捉二尖瓣的几何多样性，无需对标志点或线性测量的重要性做出任何预设，结果证明了 SSM 由现有扫描数据生成虚拟患者群体的实用性。这些发现支持将 SSM 整合到用于临床前测试、器械设计和个性化医疗的建模流程中。 图像处理 选取 orCaScore 数据集中 72 名成人（男女数量相等）的 CCTA 扫描数据，采用心电图触发将扫描采集同步到舒张静止期，具体为 R–R 间期的 70%（GE、西门子）、75%（东芝）或 78%（飞利浦）。值得注意的是，本统计形状模型仅反映受试者之间的解剖变异性，并不包含周期内（时间）变形。所有患者均无解剖异常、冠状动脉内支架和金属植入物，且扫描图像无严重运动伪影和高噪声水平。 使用 Simpleware 软件的心脏自动分割工具 AS Cardio 对原始 CCTA 数据进行处理，一键点击获得主要的心脏腔室。然后应用软件中的自定义后处理脚本从中分割出二尖瓣环、前叶、后叶。所有分割结果均经过人工审查，并使用 Simpleware 软件的区域生长和网格编辑工具对微小缺陷如孔洞、分割噪声或边缘伪影进行校正。 图：从 CCTA 分割到 SSM 的工作流程概述 统计形状建模 为限制扫描采集中旋转和平移变化的影响，在每个分割上手动放置四个解剖标志点应用配准算法。沿二尖瓣环的前后轴定义两个标志点：（1）二尖瓣前叶（A2 扇叶）中点之上的瓣环最上点（2）二尖瓣后叶（P2 扇叶）中点之上的瓣环最上点。其余两个标志点为与前内侧连合（A1–P1 交界处）和后外侧连合（A3–P3 交界处）对应的瓣环铰链点。将这些标志点用作最佳拟合刚性变换的点，通过迭代最小化对应点之间的距离对齐两个表面，有效消除平移和旋转差异的同时保留比例和几何形状。对对齐后的分割结果进行主成分分析（PCA），形状变异性被评估为相对于参考几何形状的顶点几何变化。 为表征样本群体中的解剖变异性，评估二尖瓣的关键几何尺寸作为沿形状模式变化的函数。测量二尖瓣前叶（AML）长度、二尖瓣后叶（PML）长度、瓣环前后径（A–P）、连合间距离（IC）和瓣膜高度（二尖瓣前叶最上点与前内侧和后外侧连合所确定平面之间的垂直距离）。使用 Simpleware 软件的测量工具和 SSM 工具包将测量值从参考模型自动映射到每个输入模型。为便于自动测量映射，从参考图像中提取代表上述测量的 […]
铜/银立方八面体团簇对卤素阴离子的封装机制及光电性质调控
研究背景 在纳米材料科学的前沿领域，原子级精确的贵金属分子团簇因其卓越的稳定性和明确的结构，被视为构建新型功能材料的理想基石。通过引入阴离子作为模板剂，引导金属纳米团簇形成独特的笼状空间构型，并以此为平台深入探究“结构-性能关系”。然而，相比于研究较深入的金纳米团簇，铜与银团簇，尤其在阴离子封装特性上的对比研究仍显不足。近日，知名学者 Alvaro Muñoz-Castro 在无机化学领域权威期刊 Inorganic Chemistry 上发表了题为 “Copper and Silver Cuboctahedron Cavities in Halide Encapsulation: Evaluation of Interaction Energy and Optical Properties Given by the Inclusion of Halides as Non-Innocent Templates” 的研究论文。该工作以具有立方八面体空腔的同构团簇 [M12(μ12-X){S2P(OnPr)2}6{C ≡ CPh}4]+(M = Cu, Ag; X = Cl–, Br–, I–) 为研究模型，系统评估了不同卤素阴离子与金属笼之间的相互作用本质。研究发现，银笼相比铜笼具有更大的空腔可调性与更小的空间位阻；通过能量分解分析（EDA）同步揭示了静电作用在稳定封装中的主导地位，并证实了阴离子在调控团簇前沿轨道与光学性质中的“非惰性”角色。这一成果不仅深化了对金属宿主与内嵌阴离子间非共价相互作用的理论认知，也为未来理性设计面向催化、传感及分子识别领域的定制化纳米材料提供了重要指引。 研究内容 1，结构特征 通过对 [M12(μ12-X){S2P(OnPr)2}6{C ≡ CPh}4]+（M = Cu, Ag; X […]
突破传统：单离子源策略实现铁(I)配合物的温和高效合成
研究背景 寻找对现有试剂的低成本、低毒的替代品，一直是均相催化领域的核心诉求。近年来，利用地壳富含的铁元素构建催化剂来取代昂贵且不可持续的贵金属元素，已成为该领域的研究热点。其中，一价铁（Fe(I)）分子配合物更是在诸多工业催化反应中展现出优异的催化性能。然而，性能优势的背后暗藏不可忽视的瓶颈。与第9、10族贵金属催化剂不同，低价铁面临着一个致命缺陷——缺乏化学性质稳定的起始物料。传统合成方法只能高度依赖钾石墨（KC8）或格氏试剂（RMgX）等强还原剂，对二价或三价铁前驱体进行原位还原。这不仅导致催化体系结构不明确，还极大地限制了反应的官能团兼容性。尽管此前学界曾尝试通过氧化铁羰基化合物或高价铁化合物还原法制备双夹心铁芳烃配合物，但往往因发生歧化反应难以分离得到纯净产物，最终功亏一篑。针对这一痛点，Oliver P. E. Townrow 等人在国际顶尖化学期刊 JACS 上给出了破局之法，课题组成功开发出一种在固态下对空气稳定的单核一价铁夹心配合物 [Fe(durene)2]+（durene = 1,2,4,5-四甲苯）。这是首个稳定的一价铁合成单离子“源头”！作为一种前所未有的稳定前驱体，只需在外加配体的存在下，它就能通过温和、氧化还原中性的配体交换反应，模块化地构建出一系列已知及全新的一价铁化合物，彻底摈弃了对强还原剂的依赖。作为概念验证，团队进一步证实该单离子源可在原位转化为高活性的 Kumada 交叉偶联催化剂。这一突破不仅为低价铁的高通量筛选铺平了道路，更为实现丰产元素催化的工业化应用搭建了一个全新的通用型平台。 图1 工作背景与灵感来源 研究内容 一、合成与表征 针对传统制备方法易过度还原且产物极不稳定的问题，本研究开发了一条选择性合成一价铁单离子源的新路径（图 2）。该路径以二价铁配合物为起始原料，创新性地引入有机还原剂 TMS2Pz* 进行还原，实现了高度专一的单电子还原，即使使用过量还原剂也不会生成零价铁副产物。随后，采用 NaBArF24 的 DCM 饱和溶液引入弱配位阴离子 [BArF24]–，有效稳定了溶液中的低价铁离子中心，并最终以高达 75% 的结晶产率成功制备出可进行数克级规模合成的目标产物 [Fe(durene)2][BArF24] (3Dur)。该合成路线不仅彻底摆脱了对强还原剂的依赖，还赋予了产物前所未有的稳定性：3Dur 可在空气中轻松处理与称量，室温下24小时内无明显氧化迹象，真正实现了实用型一价铁单离子源的高效制备。此外通过多种谱学与磁学表征明确了3的结构（图2）：即 3Dur 呈 S=1/2 低自旋基态；化合物3的芳环间呈交错构象；3Mes 结晶于 P21/c 空间群，其不对称单元中包含一个离子对；3Dur 结晶于 P21/n 空间群，不对称单元中包含两个结晶学不等效但结构相似的离子对以及一当量的氟苯；3Bz* 结晶于P21/c 空间群，含有一当量的二氯甲烷。以上三者之间的铁-芳环质心距离保持一致，且该距离随取代基的增加而变长。电化学分析表明，与强还原性、易活化催化剂配体的传统Fe(I)夹心化合物不同，结构 3 的 Fe+/2+ 氧化电位显著更正，使其显著适合作为稳定的一价铁单离子源。 图 2 [Fe(durene)2][BArF24] (3Dur) 的合成方法，180 K 下通过单晶 X 射线衍射测定的 3Mes、3Dur […]
基于密度泛函的磷酸钠化学蓄热材料失效机理研究
研究背景 磷酸钠水合物是建筑环境中极具前景的蓄热材料。在蓄热过程中，该材料可能发生水解反应，导致材料变性，从而限制其工程应用。基于复合改性的循环实验室探究，本团队已经突破了材料的百次循环可用性，但依旧存在少部分磷酸钠活性组分水解失效的发生。了解并限制磷酸钠水合物的水解反应成为了工业应用研究的重点。然而，在跨季节蓄热系统的工作条件下，关于水解反应的可能性及其与脱水反应的竞争关系，在蓄热系统中的相关信息仍不明晰。因此，通过理论计算，可从本质上解释磷酸钠蓄热材料在跨季节蓄热领域下随温度，压力工况变化的水解/脱水反应偏好行为。 研究内容 中国科学院广州能源研究所黄宏宇研究员和新加坡南洋理工大学 Fei Duan 教授课题组合作，采用密度泛函计算结合热力学分析的方法，系统研究了不同水合数（n=0-12）的磷酸钠水合物的分子结构，以确定其稳定构型。此外，计算了磷酸钠及其水合物的频率谱，进而用于计算蓄热过程中吉布斯自由能变，以获得脱水反应和水解反应的 P-T 图，并最终明确了磷酸钠水合物的微观失效机理。该研究结果为可为预防和消除磷酸钠热化学蓄热材料在跨季节蓄热领域应用中的失效问题提供了有利的理论依据。 图1. Na3PO4·nH2O的优化分子结构 Na3PO4 及其不同水合物的吉布斯自由能（G）、焓（H）与熵（S）等热物理参数均可依据统计热力学计算方法推导得到。通过对优化后的分子结构进行频率分析与热力学校正，可以获得各物种在不同温度下的热力学函数值。对于磷酸钠水合物脱水反应其反应吉布斯自由能 ΔG 可表示为温度 T 与水蒸气分压 P 的函数。当体系达到热力学平衡时，反应满足 ΔG = 0。结合 ΔG = ΔH – TΔS 以及气相水分子的化学势表达式，可以得到包含蒸气压项的平衡关系式。因此，在给定温度条件下，通过数值计算即可求得平衡蒸气压 P ；反之，也可推导出 P 随 T 变化的函数关系。由此获得的 P-T 曲线能够直观反映不同水合阶段脱水反应的热力学边界条件，揭示温度与水蒸气分压对脱水过程驱动力的协同调控机制。 图2. 脱水反应平衡 P-T 曲线 图3. 脱水反应平衡 P-T 曲线 作者以 Na3PO4·12H2O 为例，通过改变 NaOH 压力最终获得脱水曲线与水解曲线的交点。垂直线反映了不同 NaOH 压力下平衡水蒸气压随温度的变化规律。当 NaOH 压力从 10-3 atm 压降至 10-11 atm 时，其平衡温度从 914 K 降至 568 K。显然，随着施加 NaOH 压力的降低，水解反应的平衡温度呈下降趋势。分析表明，降低 NaOH 分压可增强水解反应的热力学可行性，表现为水解平衡曲线向左持续平移。值得注意的是，当临界 NaOH 压力阈值达到约 PNaOH = 10-10 atm （对应水蒸气压 PH2O = 0.001 atm）时，该曲线与脱水平衡曲线相交，标志着水解反应主导脱水反应的转折点。 图4. Na3PO4·H2O 反应的平衡 H2O 分压 图5. Na3PO4·H2O 的失效机制曲线 总结 本文利用AMS软件，以 DFT 计算结合热力学分析的方法，获得了 Na3PO4·nH2O(n=0-12) 的稳定分子结构，并计算了几何结构的共振频率，进而利用脱水反应和水解反应的吉布斯自由能绘制了平衡曲线。计算结果表明，高水合体系在较低温度下更易发生脱水，而水解反应所需温度普遍高于脱水反应。在特定低NaOH分压与高水蒸气压条件下，一水合物可能发生水解主导反应，揭示了材料失效的热力学边界条件。该研究从分子尺度明确了不同水合态之间的稳定性差异及失效路径，为工程系统运行参数的合理设定提供了理论依据。 参考文献 S. Lin, L. Deng, N. Gao, J. Li, X. Guo, R. Wu, F. Duan, […]
AMS2026 发布
AMS2026 现已发布，带来了机器学习势、模拟工作流程及易用性方面的强大新进展。凭借更广泛的化学覆盖范围和更优的性能，开展自动化、可重复的研究比以往任何时候都更加便捷。立即升级，亲身体验其卓越表现。 机器学习势 新模型系列（eSEN、MACE、UMA等）基于大规模数据集训练，在提升机器学习势能的效率与精度的同时，进一步拓展了其适用范围。 扩展的覆盖范围包括： 带电及磁性分子 生物分子与聚合物 金属配合物与催化界面 金属有机框架材料与分子晶体 无机材料 性能提升方面： 在多种应用中接近化学精度 针对GPU进行了性能优化 提供经过基准测试并配有文档的模型 可通过Package管理器轻松安装 这些功能支持一系列工作流程，包括： 构象筛选 预优化 热化学与反应性研究 主动学习（包括MACE和M3GNet的微调） 量子化学模块 ADF 新增功能现已支持更广泛的电子结构和光谱应用领域： 基于 FQ（Fμ）嵌入的 GW 方法（可极化模型） 用于等离子体光谱（如表面增强拉曼散射）的 wFQ 方法 溶剂化模型 SM12 的解析梯度 结合 LibXC 的冻芯近似 ROKS-TDA 及 ROKS-TDA-SOC 方法现包含自旋翻转向下激发态（改进含自旋-轨道耦合的 TDDFT 中未配对电子的描述） 针对开壳层 TD-DFT+TB 方法的激发态几何结构优化 结合 LibXC 及 Range-Seperated 泛函的核磁共振化学屏蔽计算 OLED 与多尺度工作流 OLED 工作流的更新加强了与 OLED […]
首例稳定低价态铟氢化物：合成瓶颈的突破与亲核反应性得的探索
导语 较重主族元素的低氧化态氢化物因极度不稳定而长期被视为“难以捉摸”的研究难题，然而，Oriol Planas 教授团队近期在《Journal of the American Chemical Society》发表的题为《A Crystalline In(II) Hydride》的突破性成果，成功打破了这一僵局。该研究首次报道了首例稳定且具有晶体结构的低氧化态铟氢化物，通过双(N-杂环卡宾)基硼酸配体骨架，巧妙利用空间位阻设计、非共价相互作用与两性离子电荷分布的协同作用，实现了对这种低价重主族物种的有效稳定。研究表明，该化合物不仅拥有强烈的共价 In–In 相互作用和高度极化的 In–H 键，更展现出反常的亲核特性，能够参与卤化、烷基化、氢化脱氟及硫族解等丰富反应，且在整个过程中 In–In 键始终完好无损。这项工作不仅揭示了赋予此类稀有化合物非凡稳定性与反应性的核心设计原理，将较重第 13 族氢化物重新定义为小分子官能化的强力平台，更为主族氢化物化学拓展至“曾被认为不可及”的低氧化态领域奠定了坚实的概念与结构基础。 研究背景 氢化物作为支撑加氢、还原及小分子活化等核心过程的关键中间体，其研究领域正经历从传统过渡金属向主族金属的重要范式转变。近年来，第 14、15 族以及第 13 族的铝、镓已相继突破常规，成功实现了低氧化态氢化物的分离（图 1A）；然而，同属第13族的较重元素铟和铊却严重“掉队”。尽管高价 In(III) 氢化物已被成功表征，但低氧化态铟氢化物因极易经由形成 In-H-In 桥并释放氢气而分解为铟黑，长期仅能在气相或极低温下被瞬态观测，导致“此类物种不可及”成为领域内的刻板印象。理论上，这类低价重主族氢化物本应具备高度极化的键和独特的氧化还原灵活性，但“分离不出来”的瓶颈让一切潜在的反应模式都无从评估。受近期卡宾化学启发，Oriol Planas 教授团队巧妙引入大位阻、阴离子型的双 (NHC) 硼酸配体（图1 C），凭借其强给电子性质与显著的空间位阻，精准靶向并克服了低价铟氢化物的失稳难题，从而为最终实现首例低于 +3 氧化态的稳定晶体铟氢化物的合成奠定了坚实的基础。 图 1(A) 低氧化态第 13 族氢化物与 (B)In(III) 氢化物的代表性示例。(C) 本工作：利用单阴离子型双 (NHC) 硼酸配体合成前所未见的两性离子型 In(II) 氢化物物种 研究内容 通过逐步还原与取代策略实现了低价铟氢化物的合成（图 2A）。以双 (NHC) 硼酸配体为骨架，研究首先合成了 […]
激发态成键的奥秘：N2L2 型二氮配合物的稳定性与成键本质研究
导语 在传统的化学认知中，氮气（N2）常被视为一种结合较弱、惰性极强的配体。然而，由 Gernot Frenking 教授团队近期发表于《Chemical Science》上的研究论文 Dinitrogen complexes N2L2(L = N2, CO, CS, NO+, CN−) 挑战了这一认知。研究证明，在特定的电子激发态下，中心的 N2 单元能展现出强烈的“吸电子”特性，即作为双路易斯酸与 CO、CS 等配体形成稳定的化学键。通过 AMS 中 ADF 模块的 EDA-NOCV（能量分解分析结合自然化学价轨道）这一计算工具，研究进一步揭示了这类分子的稳定性主要源于配体向中心 N2 的单向电荷转移，而非传统的反馈 π 键作用。这一成果不仅深化了对氮气化学性质的理论理解，也为新型高能氮材料的合成路径提供了重要的科学依据。 研究背景 自 1964 年三苯基膦嗪被发现以来，N2L2 类分子的真实成键本质长期存在争议，直到后续X射线衍射确证其具有反式构型与异常偏长的 N–N 键，理论分析才揭示其中心 N2 处于高激发态并与配体形成 L→(N2)←L 的强配位键。近期，研究团队在低温下成功合成了新型氮同素异形体 N6，尽管其被广泛视作 N₃ 的二聚体，但 N6 极度相似的反式构型与长 N–N 键提示：它可能属于 N2L2 化合物类，实质上是中心高激发态 N2 与两个末端 N2 发生的配位作用。基于这一新视角，Gernot Frenking 教授团队采用高精度量子化学方法重新解析了 […]
QuantumATK 低维电子材料与器件合集（七）
基于 WTe2 单层的超灵敏、可回收 FET 型有毒气体传感器 场效应晶体管（FET）型气体传感器因其功耗低、灵敏度高而吸引了大量研究人员的关注。然而，对其传感能力和内在机理的理论探索仍然十分匮乏。本文以单层纯 WTe2 和缺陷 WTe2 为传感平台，利用第一性原理计算和统计热力学模型，系统地研究了 FET 型气体传感器对 SO2、CO、NO、NH3 和 NO2 等多种有害气体的传感特性和工作原理。研究结果表明，基于纯 WTe2 的 FET 型气体传感器在零栅压下工作时，对 NO2 的检测具有极高的灵敏度和重复使用性，在 20 ppb 低浓度下的灵敏度达到 96%。引入 Te 空位是一种高效的策略，可以提高气体传感器对所有测试有毒气体的灵敏度，同时确保其可重复使用性。在基于纯 WTe2 的 FET 型气体传感器上施加栅压可进一步提高其对 NO2 的灵敏度，在整个偏压范围内超过 90%，在 3 V 栅压下达到 97%。本研究为实现 ppb 级浓度有毒气体的超灵敏和可回收检测提供了一种前景广阔的方法。 Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12(39): 26951-26961. DOI :10.1039/D4TA02739F 金修饰的黑磷：氮氧化物去除剂和氢传感器 有效检测有毒气体和清洁能源氢气是工业生产和日常生活的迫切需要。本文通过密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，从理论上研究吸附/掺杂金的黑磷单层对六种不同气体（CO、H2、H2S、NO、NO2 和 SO2）的传感特性。计算得出的吸附能、电荷转移、电子局域函数、能带结构和态密度表明，吸附/掺杂金的黑磷对氮氧化物气体表现出敏感的化学吸附。而令人惊讶的是，掺杂金的黑磷对 H2 分子表现出敏感的物理吸附。计算得出的恢复时间和电流电压曲线表明，吸附/掺杂金的黑磷器件是一种超灵敏（灵敏度为 71%-100% ）的氮氧化物分子去除器。更重要的是，掺杂金的黑磷传感器可在室温下实现对 H2 的高灵敏度（灵敏度为 85%）、选择性和可重复使用性（恢复时间为 0.01 ns）检测。本研究结果为吸附/掺杂金的黑磷在气体传感领域的潜在应用提供了理论依据，尤其是在理想的氮氧化物去除剂和 H2 传感器方面。 Applied Surface Science, 2024, 651: Article 159194. DOI:10.1016/j.apsusc.2023.159194. 利用新型二维五边形 Pd2P2SeX（X= O、S、Te）pin 结纳米器件设计高性能场效应、应变/气体传感器：传输特性研究 在现代纳米器件领域，获得高开关性能并在高精度环境中实现传感检测功能至关重要。二维（2D）Pd2P2SeX（X = O、S、Te）具有优异的几何、物理和化学特性，可以结晶成具有间接带隙的正交结构。基于这些基本特性，通过第一性原理对二维 Pd2P2SeX pin 结器件进行建模以模拟场效应晶体管、高开关比应变传感器和基于化学吸附的气体传感器。Pd2P2SeX pin […]