从二硫化物前驱体预测氧化物纳米卷轴的结构与稳定性

低维纳米结构如纳米管、纳米卷轴和纳米膜已在光催化、传感和药物递送等众多领域得到广泛应用。最近，Chu等人证明，可以通过对相应的层状过渡金属二硫化物进行等离子体处理，成功合成不表现出范德华层状结构的Mo和W过渡金属氧化物纳米卷轴。在本工作中，我们利用数据挖掘、第一性原理模拟和物理力学模型，从理论上研究了其他二硫化物前驱体形成氧化物纳米卷轴的潜力。通过对体材料和二维材料数据库进行数据挖掘，我们首先根据其范德华层状结构和热力学稳定性识别出最适合等离子体处理的二硫化物。为了确定形成纳米卷轴的倾向，我们开发了一个基于第一性原理模拟的物理力学模型，用于确定纳米卷轴的热力学稳定性以及纳米卷轴的平衡结构，即其内半径、外半径和层间距。我们使用Chu等人的实验观察验证了该模型，发现纳米卷轴平衡结构与实验结果吻合良好。此外，我们证明该模型的能量可用于纳米卷轴稳定性的广义定量分类。我们将该模型应用于研究MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、PdS₂、HfS₂和GeS₂上的氧化物纳米卷轴形成，为在其他二硫化物基底上系统研究氧化物纳米卷轴形成铺平了道路。