认识材料生长的分子机制对于功能材料的合理设计、合成和优化至关重要。近日，上海科技大学物质科学与技术学院刘朋昕课题组（模型材料与表面化学实验室）发现了一种二维二氧化钛纳米晶体的生长机制，进而提出一种新的材料晶化路径，即通过一维分子链的定向附着实现二维纳米片的生长。该研究发表于国际学术期刊Nano Letters。
图1. 一维分子链的定向附着实现二维纳米片的生长
二氧化钛是一种常见的金属氧化物，工业上被广泛用作颜料、催化剂载体和半导体等。二氧化钛材料的形貌和晶相决定了其表面结构和能带结构，进一步决定了其各类应用性能。2010年，清华大学王训教授组报道了一种二维青铜相二氧化钛纳米片（TiO2(B) NS）的合成方法，该材料的亚稳晶相和超薄结构引起了储能、催化、生物等领域研究者的广泛关注。然而，该材料的生长机制尚不明确，不仅难以用已知的各种晶化理论解释，也阻碍了对其结构和性能的理性调控。
刘朋昕团队发现：一种一维链状的(Ti-2EG)n金属有机配位聚合物可以在水热条件下生长成TiO2(B) NS，且这种聚合物也是使用其他钛源合成TiO2(B) NS的必经中间体。基于此，团队提出了一种新的一维到二维的定向附着(1D-to-2D oriented attachment)晶体生长机理 (图2)。这一机理在传统的单体-单体附着(monomer-by-monomer addition)与非传统的晶体定向附着(oriented attachment)之间建立起联系。该工作在前期研究二氧化钛液相相变的基础上，进一步阐述了二氧化钛纳米材料生长的分子机理。刘朋昕教授将本项成果描述为“其课题组在钛的溶液化学研究中的‘第二块拼图’”。这一系列的研究工作为纳米材料的表面化学研究提供了新思路。
图2. (Ti-2EG)n聚合物转化为TiO2(B) NS的机理示意图