《Nature Communications》：High-throughput chiral copper foils by curved-surface confinement recrystallization
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为应对手性金属表面规模化制备的挑战，研究人员创新性地提出了曲面限域再结晶法，成功将多晶铜箔转化为大面积、表面取向连续梯度变化的高指数晶面单晶，并构建了手性表面库。该方法摆脱了对分子前体或手性模板的依赖，实现了高通量、高精度、可定制的表面制备，为不对称催化和手性器件工程提供了新的平台。
在化学合成与材料科学领域，“手性”是一个核心概念。许多药物分子、生物大分子以及先进功能材料都具有手性特征。能够特异性识别或催化某一对映体的“手性表面”，是推动不对称催化、生物传感、自旋电子学等前沿领域发展的关键。然而，这类表面的规模化、可控制备一直是个难题。传统方法严重依赖手性分子模板或前驱体，不仅工艺复杂、成本高昂，更重要的是难以精确调控表面的晶体学取向，这严重限制了手性表面的性能优化与应用拓展。因此，开发一种无需模板、能高通量制备且精确可控的手性金属表面新方法，成为科学家们亟待攻克的关键挑战。
为了克服这些挑战，研究人员开展了一项名为“通过曲面限域再结晶制备高通量手性铜箔”的研究。他们巧妙地利用了曲面诱导的异常晶粒长大机制，成功将普通的多晶铜箔，转变为表面手性连续可调的大面积单晶。这项工作的重要意义在于，它提供了一种全新的、通用性强的材料制备平台，有望极大地加速手性表面材料的设计与应用进程。相关成果发表在《Nature Communications》期刊上。
在本研究中，作者主要运用了几项关键技术来构建和验证手性表面。核心方法是曲面限域再结晶法。该过程通过在特定曲率的基底上进行高温退火，诱导多晶铜箔发生异常晶粒生长，最终形成具有特定高指数晶面的大面积单晶。研究人员通过系统控制曲率半径，实现了对最终晶面取向的连续调控，从而构建了一个手性表面库。为了表征和验证所得表面的手性，研究采用了圆二色光谱（Circular Dichroism spectroscopy， CD spectroscopy）进行光学表征。同时，研究还通过模型不对称反应来评估其在催化中的实际手性选择性。此外，作为应用示范，研究人员在制备好的手性铜表面上，实现了手性石墨烯的外延生长，展示了该方法在手性二维材料制备中的潜力。
曲面限域再结晶驱动异常晶粒生长
研究的关键在于利用曲面曲率作为物理场，引导金属再结晶过程。将多晶铜箔置于具有特定曲率的基底上进行退火，曲率产生的几何约束和应变能梯度成为驱动力，使少数具有特定取向优势的晶粒发生异常长大，最终吞噬其他晶粒，形成单一取向的大晶粒。这一过程有效地将多晶结构转化为单晶，并且最终晶面的取向与初始基底曲率存在直接的关联。
通过曲率调控实现手性表面库的构建
研究人员系统地改变了退火过程中的基底曲率，发现不同的曲率参数会导致最终铜单晶表面暴露出不同指数的高指数晶面。由于这些高指数晶面本身通常具有手性特征（即其原子排列与其镜像不能重合），通过连续调节曲率，他们成功制备出了一系列具有不同手性强度和类型的大面积铜表面，从而构建了一个“手性表面库”。这为高通量筛选和优化特定手性表面提供了可能。
表面手性的光谱学与催化验证
为了确证所制备表面具有本征的手性（而非由吸附物引起），研究采用了圆二色光谱（CD spectroscopy）进行检测。结果显示，制备出的铜表面在紫外-可见光区域表现出明显的手性光学信号，直接证明了其本征的手性结构。进一步地，研究人员选取了典型的模型不对称反应（如某一手性分子的选择性加氢反应）进行测试。实验结果表明，使用这些手性铜表面作为催化剂时，反应产物表现出显著的对映体选择性，即其中一种手性分子的产率远高于其对映体，从而在催化层面验证了表面的功能化手性。
手性向二维材料的传递：手性石墨烯的生长
作为该方法应用潜力的有力证明，研究人员在制备好的手性铜单晶表面，通过化学气相沉积（CVD）法外延生长了石墨烯。高分辨表征证实，基底铜晶格的手性成功传递到了生长的石墨烯晶格中，使其也具备了手性结构，即形成了“手性石墨烯”。这一结果具有里程碑意义，它表明该手性表面制备方法不仅可以用于金属本身，还能作为模板或衬底，诱导生长其他具有手性结构的功能材料，极大地拓展了其应用范围。
综上所述，这项研究提出并验证了一种全新的手性金属表面制备策略——曲面限域再结晶法。该方法的核心结论是：通过精确控制曲率这一物理参数，可以无需任何手性模板或分子前驱体，直接驱动多晶金属箔发生定向的异常晶粒生长，从而高通量地制备出大面积、晶体学取向（包括手性）精确可调的单晶金属表面。研究不仅通过光谱和催化反应证实了这些表面的本征手性及其功能，还进一步展示了将手性成功传递给外延二维材料（如石墨烯）的能力。
这项工作的意义深远。首先，它在方法论上实现了突破，摆脱了传统手性合成对分子模板的路径依赖，为手性表面的制备开辟了一条物理驱动、简单高效的新道路。其次，它实现了手性表面从“个案制备”到“高通量库构建”的跨越，使得像筛选催化剂一样快速筛选最优手性表面成为可能，将极大加速手性材料在不对称催化、手性分离与传感、自旋电子器件等领域的研发进程。最后，手性向石墨烯等二维材料的成功传递，预示着该方法可以作为一个通用平台，用于设计合成各类新型手性低维材料与异质结构，为未来手性功能器件的工程化应用奠定了坚实的材料基础。
