▲第一作者：刘璐璐（实验合成），孙远慧（理论模拟）
通讯作者：崔小强，张立军，郑伟涛
通讯单位：吉林大学
论文doi：10.1038/s41467-019-12347-7
前言介绍今天要给大家介绍的是国庆长假期间新发表在Nature Communications 上的一篇关于合成二维摩尔超晶格的新方法的论文，标题为 Bottom-up growth of homogeneous Moiré superlattices in bismuth oxychloride spiral nanosheets。本文特邀吉林大学的崔小强教授课题组（低维纳米材料表界面调控与性能研究团队）、张立军教授课题组（半导体光电材料模拟与设计团队）和郑伟涛教授课题组（低维材料研究团队）进行分享，希望能够对大家有所启发！
全文速览本文提出了一种合成制备二维摩尔超晶格的新方法：通过一步溶剂热法制备螺位错驱动的螺旋型 BiOCl 纳米片，由于层间存在扭转角而形成摩尔条纹。该合成方法自下而上，重现性高且可大量合成。与块体BiOCl 材料相比，BiOCl 摩尔超晶格的带隙呈现出了～0.60 eV 的大幅降低，致使 BiOCl 可以吸收可见光，同时载流子寿命增加了两倍以上。
以上光电性质的调控使 BiOCl 摩尔超晶格具有高效光催化降解污染物的性能。系统大规模的第一性原理电子结构计算重现了摩尔超晶格的高带隙降低值，并揭示了带隙降低及载流子寿命增加的物理机制，可归因于伴随摩尔超晶格出现的周期性势调制和局域增强的层间耦合效应。
研究背景摩尔超晶格（Moiré superlattice，MSL）是范德华堆叠的二维（2D）层状材料中的特例，是由两层 2D 材料在一定晶格失配度或者扭转角的情况下堆叠产生的。这种 MSL 结构具有新出现的全局对称性和周期性，由于周期性势调制、层间耦合及存在的应变作用，能够导致与构成的 2D 材料不同的新颖物性（例如转角石墨烯的超导电性）。
目前报道的单一相 MSL 只有堆叠的石墨烯，而异质相 MSL 只集中在石墨烯/氮化硼堆叠，或者少许报道的 2D 过渡金属硫族化合物堆叠。这些报道的 MSL，其制备方法主要是直接堆叠机械剥离的两层 2D 材料和外延生长方法；直接堆叠机械剥离的 2D 材料存在界面污染，样品不均匀以及尺寸不可控等问题，外延生长方法本质上能够克服这些问题，但是报道并不多。因此，需要探索新方法合成制备MSL，更大范围地研究MSL的新颖物理和化学性质，并探索其可能应用。
图文解析A. 通过一步溶剂热法制备螺位错驱动的螺旋型 BiOCl 纳米片，由于层间存在扭转角而形成摩尔条纹。
▲Fig.1 Morphological and structural characterization of BiOCl spiral nanosheets.
B. BiOCl 摩尔超晶格合成过程中的形貌及光学性质改变。
▲Fig. 2 Evolution of BiOCl MSLs growth and different reaction times properties characterization.
C. 第一性原理电子结构计算重现了摩尔超晶格的高带隙降低值，并揭示了带隙降低及载流子寿命增加的物理机制。
▲Fig. 3 Electronic structure calculations of BiOCl MSL.
D. BiOCl 摩尔超晶格呈现高效可见光谱范围内的光催化降解污染物性能。 
▲Fig. 4 Charge carriers characterization and photocatalysis of BiOCl MSLs.
总结展望本文提出了一种合成制备二维摩尔超晶格的新方法，自下而上的化学合成手段重现性高且可大量制备，拓展了二维摩尔超晶格的合成制备方法，同时实现了对宽带隙层状半导体材料大幅度能带调控。这一工作展示二维摩尔超晶格不仅具有独特新颖的物理性质，还能够呈现显著提升的光催化活性，具有可调控的化学性质，预示二维摩尔超晶格在电子学、光电子学，光催化和实际环境净化等方面的潜在广阔应用前景。
该论文第一作者为吉林大学材料科学与工程学院刘璐璐博士与孙远慧博士，通讯作者为崔小强教授、张立军教授、郑伟涛教授。该工作是吉林大学科研团队与澳大利亚莫纳什大学马纬良博士与鲍桥梁教授、新加坡国立大学方涵彦博士与吕炯教授、北京中科院高压物理所郑黎荣研究员、加拿大戴尔豪斯大学张鹏教授、美国缅因大学余礼平教授、美国密苏里大学 David J. Singh 教授以及新加坡南洋理工大学熊启华教授的共同合作下完成的。本工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金面上基金、优秀青年基金和吉林省长白山学者特聘教授等基金的资助。
论文还得到了Nature Research Chemistry Community特邀专题博客报导：
https://chemistrycommunity.nature.com/users/47259-lijun-zhang/posts/54328-fabricating-moire-superlattice-by-a-new-way
课题组简介
崔小强，吉林大学材料科学与工程学院副院长、教授兼博士生导师，吉林省长白山学者特聘教授，教育部新世纪优秀人才，长春市第六批、第七批突出贡献专家。研究团队开展面向能源和生物传感的新型纳米材料研究，探索低维纳米材料表界面性质调控对催化性能的影响规律，从事纳米材料理论设计、合成表征及性能测试，解决新能源领域水制氢、氮气还原、二氧化碳固定和生物检测等国际前沿领域中的低维材料基础和应用问题。
目前已发表 SCI 论文120余篇，其中包括Nature Commun. (2 篇)、Nano Lett. (1篇)、ACS Energy Lett. (1篇)、ACS Catal. (1篇)、 Appl. Catal. B Environ. (1篇)、 Adv. Funct. Mater. (2篇)、J. Mater. Chem. A (2篇)。他引 3200 余次，H 因子 34（Google Scholar统计）；申请发明专利 17 项，已授权 10 项。担任国家重点研发计划课题负责人，承担科技部、教育部、国家自然科学委、吉林大学、吉林省、企业横向课题等项目。
张立军，吉林大学材料科学与工程学院教授兼博士生导师，先后入选国家海外高层次青年人才引进计划（2014）和基金委“优青”（2017），获中国材料研究学会计算材料学分会“计算材料学青年奖”（2018）、吉林省青年科技奖—特等奖（2018）。长期围绕半导体光电材料，开展以优化光电器件性能为目标的半导体能带结构调控及新材料优化设计研究。
回国后五年来，针对逆向设计新型半导体材料的科学问题，提出并发展了具有自主产权的高通量材料设计计算软件JUMP2（全称为Jilin University Materials-design Python Package，著作权号2017SR514752），开展了一系列新型半导体光电材料的优化设计，得到实验证实并应用于光电器件。理论与实验紧密结合，开展半导体材料能带结构调控研究，在多个体系实现光电性能的优化提升。
迄今共发表 SCI 论文 100 余篇，所有论文共被引用 4600 余次，H因子值为37（Google Scholar统计）。自 2014 年回国建立课题组后，作为第一/通讯作者发表论文近50篇，包括Nature子刊 6篇、Nano Lett. 3篇、J. Am. Chem. Soc. 5篇、Phys. Rev. Lett. 1篇、Joule 1篇、Adv. Funct. Mater./Adv. Sci. 2篇。在包括美国材料研究学会春季会议在内的国际/国内会议上做特邀报告50余次；担任科技部重点研发计划课题负责人，《Nano Research》、《Scientific Reports》、《半导体学报》、《中国光学》期刊编委。
郑伟涛，吉林大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、副校长，2004年获批教育部“长江学者”特聘教授和国家“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2005年获国家杰出青年基金。主要从事超硬薄膜材料、功能薄膜材料、石墨烯等碳纳米材料、储能电极材料及材料计算与模拟等研究，先后承担国家 863、国家基金委重点项目、科技部重大仪器专项等科研10余项，获得吉林省科技进步奖一等奖（2008年）、吉林省自然科学奖一等奖各1项（2016年）（均为第一完成人），获得中国发明专利10余项，在Nature Commun、Angew Chem Int Ed、Adv Energy Mater、Nano Lett等国际一流期刊发表SCI收录论文500余篇，SCI他引10000余次。著有《薄膜材料与薄膜技术》等。任国际衍射数据中心（ICDD）委员，中国晶体学会副理事长, 中国材料研究学会常务理事，《Appl Surf Sci》、《Vacuum》期刊编委。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12347-7