西安交大科研人员在手性无机材料领域取得重要进展

手性是一种物体与其镜像不能重合的结构特性，具有这一特点的手性物质在材料、物理、化学和生命等各个领域均彰显出其重要性和独特性。随着纳米科学与技术的进步，手性研究不在局限于有机小分子、超分子或高分子材料，而是进一步延伸拓展到无机纳米材料领域。手性无机纳米材料结合了手性的结构特性与纳米尺度无机材料光电性质等优点，近年来已成为手性科学领域的一类新型材料。这类手性材料极大地克服有机体系手性结构稳定性差及易受温度、溶剂等环境因素影响的不足，表现出优异的光学活性，在信息存储、自旋量子学、偏振器件及不对称催化等方面具有诱人的应用前景。然而，无机材料通常不具有类似有机分子的手性中心，使得手性无机材料的构筑和功能化一直是该领域的重要挑战。

针对这一科学问题，西安交通大学材料学院、金属材料强度国家重点实验室和陕西省软物质国际联合研究中心的研究人员提出了手性结构（shape chirality）诱导的设计思路，发展了一种构筑手性等离子体金属-半导体异质纳米结构的普适性策略，成功构筑了一类新型手性异质贵金属-半导体纳米结构（手性Au@X；X为Ag2S、CdS、ZnS、TiO2等半导体纳米材料)，实现了手性光学信号的放大和调控，并首次报道了手性无机异质纳米材料具有显著的手性依赖光分解水制氢性能。研究人员根据贵金属纳米粒子结构稳定性高的特性，在制备手性形状的贵金属纳米结构的基础上，以其作为手性诱导模板，在其表面生长功能性壳层材料，一方面通过材料参数的独立控制，如核几何形状、壳层厚度以及体系的手性，实现纳米结构手性等离子体核和半导体介电壳层之间的强手性耦合；另外通过改变壳层材料的种类，引入期望的功能性，极大扩展了手性纳米材料的功能性。实验及理论建模计算研究表明，手性无机异质纳米结构的核壳强耦合效应不仅使材料获得增强的且精确可调节的手性光学活性，同时也赋予异质材料新的手性光学性质。

研究人员还进一步发现在两种不同圆偏振光激发下，制备的具有相反手性的手性无机异质纳米材料表现出显著不对称的光催化分解水产氢性能，例如，L-Au@CdS纳米材料在635 nm左旋圆偏振激光激发条件下表现出比右旋圆偏振光激发条件更为优异的光催化产氢活性（~7倍），而D-Au@CdS则呈现相反的趋势。这是迄今为止等离子体基异质纳米体系在手性依赖光催化产氢中的首次报道。这项研究有助于手性无机纳米材料的合理设计与功能化，加深人们对无机材料中的手性传递及手性光-物质相互作用的认识，并促进高效手性器件的开发。

近日，该研究成果以《无机手性异质纳米结构用于可调光学活性及手性依赖的光催化产氢》（Inorganic Chiral Hybrid Nanostructures for Tailored Chiroptics and Chirality-Dependent Photocatalysis）”为题发表在国际著名期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。论文第一作者为西安交通大学材料学院博士生谭丽丽，通讯作者为西安交通大学金属材料强度国家重点实验室的王鹏鹏教授。西安交大金属材料强度国家重点实验室为该论文的第一和唯一通讯作者单位。

该项工作得到了国家自然科学基金青年和面上项目以及西安交大青年拔尖人才计划等项目的支持。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试中心的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202112400?af=R