简单、快速、高效！我科研人员实现一新兴材料的宏量制备

更新时间：2024-09-27 18:23:08  作者: 豪克能应力消除设备

  想象一下，你正在享用一个美味且制作迅速的三明治，它的每一层都完美地融合在一起，给你带来了极致的口感。现在，科学家们也在微观世界里制作了一种类似的“三明治”，只不过这次的原料不是面包和肉，而是金属和碲原子！

  这个“三明治”被称为二维过渡金属碲化物材料，是由碲原子（Te）像面包片一样，夹着过渡金属原子（如钼、钨、铌等），像肉片或者蔬菜一样形成的层状结构。

  二维过渡金属碲化物材料因其奇特的超导、磁性、催化活性等物理和化学性质，在量子通讯、催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力，受到了国际学术界的广泛关注。

  例如，过渡金属碲化物具有高导电性和大比表面积，可作为高性能超级电容器和电池的电极材料；过渡金属碲化物纳米片表面有着非常丰富可调的活性位点，可用做制备绿氢和双氧水的电催化剂，提高催化剂的选择性、效率和性能；该材料还展现出特有的量子现象，如超导和巨磁电阻等，可作为下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件的材料。

  然而，这样一种材料的大规模制备一直是个难题，阻碍了其实际应用。直到最近，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员团队，与中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院金属研究所和深圳理工大学（筹）成会明院士，北京大学电子学院康宁副教授合作，在二维过渡金属碲化物材料的宏量制备方向取得新进展，为过渡金属碲化物二维材料的规模化制备提供了可能性。

  相关成果于4月3日在线发表在《自然》杂志上，审稿人评价该方法简单、快速、高效，对二维材料的宏量制备具有普适意义。

  论文第一作者张良柱介绍，研究团队采用了一种创新性的固相化学插层剥离方法，这种方法就像是在三明治的每一层之间插入一把“化学刮刀”，然后快速地将它们一层层地“刮”下来。而且这把“刮刀”不仅快速高效，还非常安全，因为它使用的是一种叫做硼氢化锂的固相插层试剂，其在干燥空气中很稳定，能解决之前方法中使用的易燃易爆液体插层试剂带来的安全隐患。

  让人惊喜的是，整个插层剥离过程只需要短短的10分钟，就可以制备出108克的高质量二维过渡金属碲化物纳米片。与之前的方法相比，产量整整提升了两个数量级！这就像是突然从只能做单个三明治的手工制作，升级到了可以批量生产三明治的流水线作业。

  团队还利用这种方法成功地制备出了五种不同过渡金属的碲化物纳米片和十二种合金化合物纳米片，证明了这种方法的普适性。

  此外，研究人员在这些纳米片上还观察到了多种特征的量子输运现象，例如碲化钼（MoTe2）纳米片具有依赖于厚度的金属-绝缘体相变，碲化钨（WTe2）纳米片具有巨磁电阻和舒勃尼科夫-德哈斯效应等。

  张良柱介绍，利用该方法制备出的二维过渡金属碲化物纳米片制备的溶液和粉体拥有非常良好的加工性能，可当作各种功能性浆料，实现薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件、光刻器件的高效和定制化加工等，有望在高性能量子器件、柔性电子、微型超级电容器、电池、催化、电磁屏蔽、复合材料等方向发挥及其重要的作用。（光明网记者宋雅娟）

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