香港城大张华团队，最新Nature Materials！

第一作者：Zijian Li

通讯作者：张华、丁峰

通讯单位：香港城市大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等

成果速览：

本研究报道了一种简便、快速的湿化学方法，用于在4H-Au纳米线上准外延生长高相纯度和稳定的1T′-相过渡金属二硫化物（TMD）单层，包括WS2、WSe2、MoS2和MoSe2。

通过这种方法合成的4H-Au@1T′-WS2纳米线能够用于超灵敏的表面增强拉曼散射（SERS）检测，例如，实现了对罗丹明6G（Rhodamine 6G）和多种严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）刺突蛋白的阿摩尔级检测。

这项工作不仅为理解和应用1T′-TMD材料提供了新的视角，也为金属基底上高相纯度和稳定TMD单层的合成提供了新策略，展现出在生物医学检测和环境监测等领域的应用前景。

图文导读：

图1：展示了4H-Au@1T′-WS2纳米线的合成和结构表征。

图2：展示了1T′-WS2 ML在4H-Au NW上的相纯度和稳定性的表征。

图3：1T′-WS2 ML在4H-Au NW上的生长和稳定化过程。

图4：4H-Au@1T′-TMD NWs的SERS测量结果。

亮点介绍：

1. 利用4H-Au纳米线作为模板，通过湿化学方法成功实现了1T′-相TMD单层的准外延生长，包括WS2、WSe2、MoS2和MoSe2。

2. 所合成的4H-Au@1T′-WS2纳米线在SERS检测中表现出超灵敏性，能够实现阿摩尔级别的检测限。

3. 通过实验和理论计算，揭示了4H-Au NW与1T′-TMD之间的强相互作用和电荷掺杂机制，这对于稳定1T′-相TMD至关重要。

4. 研究了1T′-TMD MLs在4H-Au NW上的形成和稳定化过程，为在金属基底上合成具有非传统相的TMD提供了新的见解。

5. 制备的4H-Au@1T′-TMD NWs在检测SARS-CoV-2 S蛋白方面展现出巨大潜力，为病毒检测和生物医学应用提供了新的工具。

高端表征：

1. 透射电镜 (TEM) 和扫描透射电镜 (STEM)：本研究中使用了JEOL 2100F透射电镜和JEOL ARM200F扫描透射电镜进行样品的微观结构表征。

通过这些高端表征技术，研究人员获得了4H-Au@1T′-WS2纳米线的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像、ABF-STEM图像以及能量色散X射线光谱（EDS）结果。这些图像和光谱为揭示纳米线的精确结构、元素分布和界面特性提供了重要信息。

2. 同步辐射 (Synchrotron Radiation)：研究中利用了国家同步辐射光源II（NSLS-II）的7-BM/QAS和8-BM/TES光束线进行了W L3边和S K边的X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）测试。

通过同步辐射技术，研究人员能够深入分析材料的电子结构和局域配位环境，这对于理解1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的稳定性和电子性质至关重要。

3. 原位测试 (In Situ Testing)：研究中使用了DENSsolutions生产的加热和偏压DH30持有器进行了原位加热实验。通过原位测试技术，研究人员能够在高温条件下实时观察4H-Au@1T′-WSe2 NWs的结构变化，这对于研究材料的热稳定性和相变行为具有重要意义。

以上高端表征技术的应用，为本文中1T′-相TMD单层的制备和特性研究提供了强有力的支持，确保了研究结果的准确性和可靠性。

计算模拟：

1. 密度泛函理论 (DFT) 计算：研究中采用了Vienna Ab initio simulation package (VASP) 进行电子结构计算，以描述4H-Au与1T′-TMD之间的相互作用和电荷转移。

通过DFT计算，研究人员评估了1T′-WS2与4H-Au之间的结合能，并进行了电荷密度差异和晶体轨道哈密顿布居数 (COHP) 分析，从而揭示了1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的形成和稳定化机制。

2. 分子动力学 (MD) 模拟：为了评估1T′-WS2在4H-Au上的动力学稳定性，研究中进行了MD模拟。模拟结果表明，在600°C的高温下，1T′-WS2 ML在4H-Au上仍能保持纯1T′相，这与实验观察到的高相稳定性一致。

3. 机器学习：在进行MD模拟时，研究中采用了机器学习来加速计算过程。通过结合传统的MD模拟和机器学习算法，研究人员提高了模拟的效率，使得能够在较短的时间内获得更准确的模拟结果。

这些计算模拟方法的应用为理解材料的微观结构和性质提供了理论基础，同时也为实验结果提供了有力的理论支持。通过计算模拟与实验结果的结合，研究人员能够更全面地理解1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的行为和潜在的应用前景。

文献信息：

标题：1T′-transition metal dichalcogenide monolayers stabilized on 4H-Au nanowires for ultrasensitive SERS detection

期刊：Nature Materials

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