具有高导电性和高透光度的透明电极材料，是制备高性能电子器件必不可少的组成部分。目前电子工业最常用的透明电极材料是氧化铟锡(ITO)，它具有透光度高、表面电阻低等特点，在太阳能电池、触摸屏和平板显示器等光电器件中应用广泛。但ITO本身具有脆性，且制程复杂和制造成本高，已不能满足电子器件轻薄化和柔性化的发展。银纳米线透明导电膜具有优异的导电性、透光性和良好的柔韧性，在柔性和大尺寸触控方面具有显著的优势，被认为是最有可能替代传统ITO透明电极的材料。然而，银纳米线表面的快速氧化和分解以及热处理过程中银的扩散会导致不可逆的结构破坏从而大大降低其导电性，这些缺陷极大地限制了银纳米线的广泛应用。为了克服此类缺陷和提高银纳米线的稳定性，在纳米线表面可控地生长或沉积异质材料层是一种可行的解决方案。然而传统的原子层沉积（ALD）技术存在昂贵和费时的缺点，近年来发展的胶体合成和欠电位沉积UPD方法又难以精确地控制沉积层的厚度，利用巯基分子修饰为代表的后处理法又需要先加工Ag膜再在溶液中修饰保护层，不仅工艺繁琐，同时限制了产品应用的灵活性。如何开发简单、高效并且适用于大规模工业化生产的方法，于溶液相中在Ag线表面生长极薄又有效的保护层，在提高纳米线热稳定性和耐腐蚀性的同时仍能保持其优异的光电性能，目前依旧是一个巨大的挑战。
近期，加州大学圣芭芭拉分校Galen D. Stucky教授、范凤茹博士，与中国科学技术大学江俊教授及多位研究人员合作，首次报道了一种简单的方法在银纳米线表面可控生长单层二氧化锡（SnO2）保护层。该方法另辟蹊径，只需将痕量二价锡离子（Sn2+）引入银纳米线乙醇分散液中并室温下静置，即可得到单层SnO2包覆的Ag纳米线。包覆后的Ag线不仅保持了其原有的高透明性和高导电性的特点，同时赋予了银纳米线极好的热稳定性和化学稳定性，能够承受O2/O3 150 °C加热氧化， 50% H2S 气氛硫化，以及300 °C空气中高温加热等恶劣环境。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
结合HRTEM、EELS、拉曼光谱、XPS、穆斯堡尔谱等一系列系统的实验表征和数据分析，首先推理并识别出二价锡处理后的Ag线表面保护层为单层SnO2 (SnO2 不是层状结构材料，文章中的单层并非单分子层，而是指SnO2中的Sn原子与Ag线最表层Ag原子比为1:1)。其后研究并解释了生长机理为，最外层的表面活性银原子与Sn2+进行氧化还原反应，形成SnO2单层氧化物。实验表明，Sn源的二价价态，乙醇中痕量的水，都对反应的发生起着至关重要的作用。同时第一性原理模拟也探索了Sn2+在银表面聚合、氧化生成SnO2单层网络的可能反应路径。此外，研究还发现SnO2除了起到物理隔绝的作用外，与银之间由于功函数差异形成的界面电荷极化可以进一步降低银对氧气的亲和力，并提高银氧化的反应势垒，从而大大减少银的氧化。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
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该方法不仅简单高效，还可实现低成本、大规模工业化应用，同时其产物在光电性能、加工灵活性、热稳定性和化学稳定性等各方面均胜过现有其它保护Ag纳米线的技术。这项基于全溶液方法保护银纳米线的技术极具应用前景，也将为商用金属纳米线的透明电极和柔性电子器件的开发提供有利的支持。同时，Ag-SnO2基于氧化还原反应原理在液相中生长单层氧化物是首例，机理的明确和深入理解将对探索具有更好性能，效率和寿命的新型稳定金属材料以及二维涂层材料有启发作用。
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这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上，共同第一作者为厦门大学、加州大学圣芭芭拉分校联培博士生赵洋和中国科学技术大学王翕君博士。加州大学圣芭芭拉分校Galen D. Stucky教授、范凤茹博士，与中国科学技术大学江俊教授为该工作的共同通讯作者。纳米线结构的表征得到了美国橡树岭国家实验室杨是赜博士的大力支持。此外，该工作还得益于厦门大学和中国科学技术大学等单位共同建立的能源材料化学协同创新中心提供的合作平台，是多校多学科共同合作的典范。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b07172）：
Protecting the Nanoscale Properties of Ag Nanowires with a Solution-Grown SnO2Monolayer as Corrosion Inhibitor
Yang Zhao, Xijun Wang, Shize Yang, Elisabeth Kuttner, Aidan A. Taylor, Reza Salemmilani, Xin Liu, Martin Moskovits, Binghui Wu, Ahmad Dehestani, Jian-Feng Li, Matthew F. Chisholm, Zhong-Qun Tian, Feng-Ru Fan*, Jun Jiang*, Galen D. Stucky*
J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 13977-13986, DOI: 10.1021/jacs.9b07172
导师介绍
Galen D. Stucky
https://www.x-mol.com/university/faculty/505
范凤茹
https://scholar.google.com/citations?user=Y-b3rF4AAAAJ&hl=zh-CN&oi=ao
江俊
https://www.x-mol.com/university/faculty/14845
来源：X-MOL
