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第一作者：Zijian Li

通訊作者：張華、丁峰

通訊單位：?香港城市大學、中國科學院上海微系統與信息技術研究所等

成果速覽：

本研究報道了一種簡便、快速的濕化學方法，用于在4H-Au納米線上準外延生長高相純度和穩定的1T′-相過渡金屬二硫化物（TMD）單層，包括WS2、WSe2、MoS2和MoSe2。

通過這種方法合成的4H-Au@1T′-WS2納米線能夠用于超靈敏的表面增強拉曼散射（SERS）檢測，例如，實現了對羅丹明6G（Rhodamine 6G）和多種嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）刺突蛋白的阿摩爾級檢測。

這項工作不僅為理解和應用1T′-TMD材料提供了新的視角，也為金屬基底上高相純度和穩定TMD單層的合成提供了新策略，展現出在生物醫學檢測和環境監測等領域的應用前景。

圖文導讀：

圖1：展示了4H-Au@1T′-WS2納米線的合成和結構表征。

圖2：展示了1T′-WS2 ML在4H-Au NW上的相純度和穩定性的表征。

圖3：1T′-WS2 ML在4H-Au NW上的生長和穩定化過程。

圖4：4H-Au@1T′-TMD NWs的SERS測量結果。

亮點介紹：

1. 利用4H-Au納米線作為模板，通過濕化學方法成功實現了1T′-相TMD單層的準外延生長，包括WS2、WSe2、MoS2和MoSe2。

2. 所合成的4H-Au@1T′-WS2納米線在SERS檢測中表現出超靈敏性，能夠實現阿摩爾級別的檢測限。

3. 通過實驗和理論計算，揭示了4H-Au NW與1T′-TMD之間的強相互作用和電荷摻雜機制，這對于穩定1T′-相TMD至關重要。

4. 研究了1T′-TMD MLs在4H-Au NW上的形成和穩定化過程，為在金屬基底上合成具有非傳統相的TMD提供了新的見解。

5. 制備的4H-Au@1T′-TMD NWs在檢測SARS-CoV-2 S蛋白方面展現出巨大潛力，為病毒檢測和生物醫學應用提供了新的工具。

高端表征：

1. 透射電鏡 (TEM) 和掃描透射電鏡 (STEM)：本研究中使用了JEOL 2100F透射電鏡和JEOL ARM200F掃描透射電鏡進行樣品的微觀結構表征。

通過這些高端表征技術，研究人員獲得了4H-Au@1T′-WS2納米線的高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像、ABF-STEM圖像以及能量色散X射線光譜（EDS）結果。這些圖像和光譜為揭示納米線的精確結構、元素分布和界面特性提供了重要信息。

2. 同步輻射 (Synchrotron Radiation)：研究中利用了國家同步輻射光源II（NSLS-II）的7-BM/QAS和8-BM/TES光束線進行了W L3邊和S K邊的X射線吸收近邊結構（XANES）和擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）測試。

通過同步輻射技術，研究人員能夠深入分析材料的電子結構和局域配位環境，這對于理解1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的穩定性和電子性質至關重要。

3. 原位測試 (In Situ Testing)：研究中使用了DENSsolutions生產的加熱和偏壓DH30持有器進行了原位加熱實驗。通過原位測試技術，研究人員能夠在高溫條件下實時觀察4H-Au@1T′-WSe2 NWs的結構變化，這對于研究材料的熱穩定性和相變行為具有重要意義。

以上高端表征技術的應用，為本文中1T′-相TMD單層的制備和特性研究提供了強有力的支持，確保了研究結果的準確性和可靠性。

計算模擬：

1. 密度泛函理論 (DFT) 計算：研究中采用了Vienna Ab initio simulation package (VASP) 進行電子結構計算，以描述4H-Au與1T′-TMD之間的相互作用和電荷轉移。

通過DFT計算，研究人員評估了1T′-WS2與4H-Au之間的結合能，并進行了電荷密度差異和晶體軌道哈密頓布居數 (COHP) 分析，從而揭示了1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的形成和穩定化機制。

2. 分子動力學 (MD) 模擬：為了評估1T′-WS2在4H-Au上的動力學穩定性，研究中進行了MD模擬。模擬結果表明，在600°C的高溫下，1T′-WS2 ML在4H-Au上仍能保持純1T′相，這與實驗觀察到的高相穩定性一致。

3. 機器學習：在進行MD模擬時，研究中采用了機器學習來加速計算過程。通過結合傳統的MD模擬和機器學習算法，研究人員提高了模擬的效率，使得能夠在較短的時間內獲得更準確的模擬結果。

這些計算模擬方法的應用為理解材料的微觀結構和性質提供了理論基礎，同時也為實驗結果提供了有力的理論支持。通過計算模擬與實驗結果的結合，研究人員能夠更全面地理解1T′-TMD MLs在4H-Au NWs上的行為和潛在的應用前景。

文獻信息：

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

期刊：Nature Materials

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