如何让半导体纳米线自动开出金属花来？

因为具有大的长径比，可以缩短径向的载流子迁移距离，一维纳米材料（如纳米线、纳米棒等）受到广泛关注。近年来对一维材料的修饰花样也是层出不穷，在半导体纳米线上沉积金属的方式也多种多样，如模板诱导沉积、光诱导沉积、化学浴等等。

3月14日，耶路撒冷希伯来大学的Roie Yerushalmi组采用Au纳米颗粒作为催化剂，利用化学气相沉积法（CVD）生长出SiGe纳米线。进一步利用纳米线顶端的Au触发Cu、Ag、Au等铸币金属在纳米线顶端自发沉积，得到了纳米线为核，金属颗粒为壳的花状结构。(Semiconductor-Metal Nano-Floret Hybrid Structures by Self-Processing Synthesis. J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.5b12667)

图1（a）为SiGe纳米线顶端沉积Au、Ag、Cu的投射电镜图，（b）为开出金属花的纳米线的结构示意图

该文章的亮点在于利用水刻蚀纳米线表面氧化物层，利用纳米线顶端Au颗粒转移电子，促使Au、Ag、Cu等金属自发在半导体纳米线顶端沉积。通过控制水的浓度和半导体中Si/Ge比，可以控制顶端沉积金属的尺寸和沉积范围，得到结构可控的半导体、金属复合结构（纳米线长度为1-100 μm，金属壳长度为50-500 nm，直径为10-100 nm）。此外，通过添加表面活性剂可以进一步降低表面金属的颗粒尺寸，如添加烷基硫醇后沉积的金纳米颗粒直径由17 nm减小到3 nm。所制备的半导体/金属复合结构可广泛应用于光催化、传感器和光学研究等领域。

Yerushalmi等也通过原位扫描隧道显微镜（STEM）、透射电镜（TEM）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等测试方法对纳米线“自动开花”的过程进行了研究。结果显示SiGe和Au形成的肖特基结促进界面处电荷转移，有利于水与表面氧化物层进行反应，暴露的SiGe半导体与反应物中金属离子发生置换反应，在纳米线表面形成金属颗粒。这一反应机理与传统的Top-down方法中的金属沉积机理类似，但该文章中的方法简单易行，大大降低制备时间和生产成本。

图2 用自驱动法（a）和常规法（b）制备半导体纳米线/金属复合结构的过程图

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b12667

（本文由 yeanling 供稿）