纳米管是一类重要的晶体材料，其中过渡金属二硫化物（TMDC）纳米管（如SnS2、MoS2、WS2）因具有一维量子限域效应和范霍夫奇点等独特量子现象，展现出特殊的力学、光学与电子学性质，理论上具有广阔的应用前景。与碳纳米管（CNT）相比，TMDC的组分多样性为能带工程和激子-极化激元调控提供了更广的空间，而其较低的晶格对称性还带来更强的非线性效应。然而，控制TMDC纳米管的原子结构，尤其是手性（即卷曲角度），三十余年来未获根本性突破。碳纳米管发现后历经二十余年才实现特定手性的选择性生长，而TMDC纳米管的研究仍主要停留在多壁管同轴手性堆叠等初步阶段，迄今最显著的进展仅是实现具有相同手性角的相干堆叠多壁WS2纳米管。缺乏对单一手性的优先合成方法，严重制约了TMDC纳米管在电子和光学器件等领域的应用。因此，探索一种能普遍适用于不同TMDC材料的手性控制合成路径，已成为该领域的重要前沿课题。
二、【创新成果】
基于上述难题，浙江大学项荣教授联合大连理工大学高峻峰教授、西湖大学李文彬副教授和日本大阪大学Kazu Suenaga教授在Science发表了题为“Preferred synthesis of armchair transition metal dichalcogenide nanotubes”的论文，报道采用氮化硼纳米管（BNNT）限域模板策略，首次实现扶手椅型TMDC 纳米管高选择性合成，突破领域长期关键瓶颈。在BNNT管腔内，以高产率和结构纯度生成了SnS2、MoS2和WS2纳米管。原子分辨率成像、电子衍射和圆二色光谱表明，扶手椅型手性的比例高达83%。密度泛函理论计算排除了结构稳定性作为这一偏好来源的可能性，但证实锯齿型纳米带在能量上更为稳定。机器学习势分子动力学模拟显示，锯齿型纳米带会卷曲形成扶手椅型纳米管，这一过程随后通过原位透射电子显微镜观察得到验证。这项工作有望启发实现具有特定手性的各种纳米管的按需合成。
三、【图文解析】
图1 BNNT内SnS2纳米带/纳米管的合成过程与结构 © 2026 AAAS
图2 BNNT内封装SnS2、MoS2和WS2的电子显微与光谱学分析 © 2026 AAAS
图3 TMDC纳米管的手性分布 © 2026 AAAS
图4 限域在BNNTs内的TMDC纳米带和纳米管的能量稳定性 © 2026 AAAS
图5 BNNT内SnS2限域诱导形变及其从纳米带到纳米管的转变 © 2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究通过自下而上的原子级制造方法，首次实现了多种TMDC纳米管扶手椅手性的优先合成，突破了长期以来手性不可控的瓶颈，并将产率提升至可实用化水平（83%）。其揭示的“纳米带-纳米管动力学转变”双机制模型，为理解二维材料卷曲生长提供了新范式，且该机制与碳纳米管体系中“螺旋纳米带形成手性管”的经典路径形成鲜明对比，凸显了材料弯曲刚度对最终手性的决定性影响。此外，本研究提出若能在模板内预先设计并合成特定边缘结构的纳米带（例如通过分子种子引导），则有望实现任意手性纳米管的按需制备。这一思路不仅为TMDC纳米管的功能化应用（如高性能晶体管、非线性光学器件、量子光源）铺平了道路，也可能反向启发碳纳米管和其他层状材料纳米管的手性控制研究，推动整个一维纳米材料领域向“原子级精准制造”迈进。
原文详情：Preferred synthesis of armchair transition metal dichalcogenide nanotubes (Science 2026, 393, 783-787)
本文由赛恩斯供稿。
