​中國科學家實現二維過渡金屬碲化物材料的宏量製備

近日，中國科學院大連化學物理研究所吳忠帥研究員團隊、中國科學院深圳先進技術研究院、北京大學合作，在二維過渡金屬碲化物材料的宏量製備方向取得新進展，為二維過渡金屬碲化物材料的規模化製備提供了可能性。相關成果於4月3日在線發表在《自然》雜誌上，審稿人評價該方法簡單、快速、高效，對二維材料的宏量製備具有普適意義。

二維過渡金屬碲化物材料在量子通信等領域具有應用潛力

二維過渡金屬碲化物材料是一類新興的二維材料，由碲原子（Te）和過渡金屬原子（如鉬、鎢、铌等）組成，其微觀結構類似於「三明治」，過渡金屬原子被上下兩層的碲原子「夾」住，形成層狀二維材料。

二維過渡金屬碲化物材料因其奇特的超導、磁性、催化活性等物理和化學性質，在量子通信、催化、儲能、光學等領域展現出重要應用潛力，受到了國際學術界的廣泛關注。例如，該材料展現出特有的量子現象，如超導和巨磁電阻等，可作為下一代低功耗器件和高密度磁性存儲器件的材料。然而，目前該材料還無法實現高質量的宏量製備，阻礙了其實際應用。

從數小時到10分鐘，新方法大大提高製備效率

二維過渡金屬碲化物材料一般採用「自上而下」的製備方法，如同拆解積木，通過機械力或化學作用方式將其一層一層剝離下來，從而製備出單層的二維納米片。常用的「自上而下」方法有化學插層剝離法、球磨法、膠帶剝離法、液相超聲法等，其中化學插層剝離法的剝離效率雖然最高，但剝離仍需要數小時。

科學家們大多採用有機鋰試劑作為插層劑，即將含有鋰離子的插層劑插入塊體層狀結構材料的片層中，並利用鋰和水的反應使插層劑「膨脹」，在每一層間形成一個「氣壓柱」，將疊在一起的納米片層層「撐開」，就如同使用了一把「化學刮刀」一層一層地將納米片「刮」下來，這種層間的氣體膨脹作用力遠大於機械剝離力，可以提高剝離效率。但有機鋰是一種易燃易爆的液體試劑，具有很大的安全隱患，因此，實現安全、高效的化學剝離成為科學家努力的目標。

吳忠帥團隊創新性地採用固相化學插層剝離方法，篩選出了一種固相插層試劑——硼氫化鋰。硼氫化鋰具有強還原性質，在乾燥空氣中穩定，可用於高溫固相插鋰反應，解決了插層反應速度慢的問題，從而實現了安全、高效、快速的插層剝離。整個插層剝離過程只需10分鐘，可宏量製備出百克級（108克）碲化铌納米片，與液相化學插層剝離法製備量均小於1克相比，此方法的產量提升了兩個數量級。

團隊還利用此方法製備出了五種不同過渡金屬的碲化物納米片和十二種合金化合物納米片，證明其具有普適性。

文章的第一作者張良柱介紹，利用該方法製備出的二維過渡金屬碲化物納米片製備的溶液和粉體具有良好的加工性能，可以作為各種功能性漿料，實現薄膜、絲網印刷器件、3D打印器件、光刻器件的高效和定製化加工等，有望在高性能量子器件、柔性電子、微型超級電容器、電池、催化、電磁屏蔽、復合材料等方向發揮重要作用。

新京報記者 張璐

編輯 張磊 校對 李立軍