范德华异质结是由两种或两种以上具有不同化学成分、结构或性质的材料通过范德华力结合而成的人工纳米结构，凭借其丰富的电子能带特性，广泛应用于催化、储能、光电子器件、生物医学等众多领域。目前，范德华异质结的制备方式主要包括物理转移、化学气相沉积及自组装等。然而，大规模制备原子尺度有序的范德华异质结仍然是一个亟待解决的难题，这限制了其进一步的实际应用。

图5. （a）实验及理论模拟¹³C固体核磁共振谱图；（b）两种纳米带的结构模型以及对应的化学位移。

  综合反应前的结构信息以及可能发生的化学反应类型，研究人员确定了偶氮苯高压聚合产物的晶体结构，即由两种不同结构的碳纳米石墨带组成的范德华异质结（图3a和3b）。该异质结的理论红外光谱（图3c）、X射线/电子衍射（图4）及¹³C固体核磁共振结果（图5）与高压聚合产物的实验谱图都高度吻合，这进一步证明了偶氮苯在高压下聚合生成了该异质结构。

图7. A、B层纳米带及形成异质结构的态密度图。

  综上所述，该研究综合反应前的晶体结构、中间体结构以及反应产物结构，描述了偶氮苯分子晶体的高压拓扑聚合反应过程，为理解、设计高压拓扑聚合反应提供了重要参考，也为大规模制备体相范德华异质结材料提供了全新的合成策略，即压力诱导的拓扑化学聚合反应方法。压力诱导的拓扑化学聚合反应是制备石墨烷、纳米石墨带及超细金刚石纳米线等碳基材料的有效方法。聚合反应的路径通常由分子在晶体中的堆积方式主导，当晶体中有两种分子堆积方式时，就会发生不同的化学反应，从而生成具有不同结构的材料。因此，以晶格为模板的拓扑聚合反应是自下而上构筑有序范德华异质结的有效策略。相关研究成果以《Ordered Van der Waals Hetero-nanoribbon from Pressure-Induced Topochemical Polymerization of Azobenzene》为题，发表在化学材料著名期刊《Journal of the American Chemical Society》(DOI：10.1021/jacs.2c13753)上。论文的第一作者为北京高压科学研究中心的张沛捷博士与高德祥博士，通讯作者为北京高压科学研究中心的李阔研究员，该项目得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的经费支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13753