这是在金（上）和镍（下）催化剂下制备的纳米线

(来源：伯克利国家实验室)

一种制备纳米线的新方法被证实可以控制生成纳米线的光学和电学性能。来自美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室的科学家演示了这种使用精心设计的催化剂来制备纳米线的技术，这一成果发表在最新一期的《Nano Letters》上。这些催化剂是制备纳米线的先决条件，同时也使得科学家们能随意设计发光纳米线的颜色。

Shaul Aloni介绍说，这种新方法的应用前景非常广阔，可用于制备各种各样的材料以及下一代设备比如太阳能电池、发光二极管、高功率电子设备等。Shaul Aloni是伯克利国家实验室分子铸造实验室的全职科学家，美国能源部用户设施负责人，同时也是这一研究的首席科学家。

自21世纪初以来，科学家们在制备纳米线的研究中取得了长足的进步。最初的纳米线样品像是研究人员口中的“纠缠在一起的面条或者刚被大火烧过的森林”。而最近，科学家们已经发现了如何保证纳米线阵列整齐有序的条件。

例如，纳米线生长的衬底的晶面决定了纳米线的生长方向。不幸的是，所有的方法都不是绝对保险的，总有一些纳米线会长歪。

而且，在同样的外界环境和同样的衬底下是无法制备不同种类的纳米线的。这条性质告诉你如果想有选择的制备具有不同电子性能或者不同光学性质的纳米线的话，你得解决什么样的问题。

“在分子实验室的组会上，我们决议制定新的战略，尝试纳米材料合成的各种方法，” Aloni说。“我们这些年一直在试图实现如何在相同的生长环境中制备具有不同光学性质的纳米材料。设计合适的催化剂让我们离最终目标更进一步。”

研究人员对氮化镓纳米线非常感兴趣。体相（非纳米态）氮化镓发出的是蓝光或者紫外光。当掺杂了In原子后，氮化镓的发射的光将包括红光。本质上这是让氮化镓的发射光谱更宽，成为了可见光范围更好的发光物质。

但是掺杂In原子也导致了一个问题：对氮化镓的晶体结构造成了压力，导致了其催化能力有所下降。不过氮化镓纳米线的晶体堆垛与此不同。因此，科学家希望能利用纳米线实现可调的，广谱的光源。

为了实现上述目标，伯克利的研究团队把研究重点放在了决定纳米线生长方向的催化剂上。通常，催化剂是由一种金属单质制成的。不过伯克利的研究团队决定使用金镍合金来充当催化剂。

在研究过程中，研究人员发现氮化镓纳米线的生长方向主要取决于金镍两种金属在合金中的比例。通过改变金或镍在合金中的浓度，研究人员就能精确地操纵纳米线的生长方向，即使是在同一衬底中制备纳米线。

“之前还没有人尝试过用双金属催化剂来控制反应方向，” Tevye Kuykendall说，他是伯克利国家实验室分子实验室的科学家。Kuykendall介绍说控制生长方向的机制还没有完全弄清楚，不过一种可能与金镍两种原子形成的不同晶面有关。

研究人员也发现，当晶体表面暴露在纳米线的表面时，观测到怎样的光学性质取决于其所选择的生长方向。“纳米材料的一个新奇之处就在于表面在确定这个材料的性质中起了决定性的作用，” Aloni说。这也是在说，晶面较大的体相材料并不会观察的这一现象，这也使得体相材料更有用。

Aloni说团队接下来会把重点放在研究不同纳米线表面形成的化学工程中，以更好地设计纳米线的光学性质。

 

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