來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院和北京大學(xué)的科研人員，在二維過渡金屬碲化物材料的批量制備方向取得新進(jìn)展，為二維過渡金屬碲化物材料的規(guī)模化制備提供了可能。該研究成果4月3日在線發(fā)表于《自然》。

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、鈮等）組成，其微觀結(jié)構(gòu)類似于“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。因具有奇特的超導(dǎo)、磁性、催化活性等物理和化學(xué)性質(zhì)，二維過渡金屬碲化物材料在量子通訊、催化、儲(chǔ)能、光學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用潛力，受到了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

“比如，二維過渡金屬碲化物具有高導(dǎo)電性和大比表面積，可作為高性能超級(jí)電容器和電池的電極材料。同時(shí)，二維過渡金屬碲化物納米片表面具有豐富可調(diào)的活性位點(diǎn)，可用作制備綠氫和雙氧水的電催化劑，提高催化劑的選擇性、效率和性能。此外，該材料還展現(xiàn)出特有的量子現(xiàn)象，如超導(dǎo)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(chǔ)器件的材料?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)浗忉尅?/p>

然而，目前該材料還無法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的批量制備，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

二維過渡金屬碲化物材料一般采用“自上而下”的制備方法，如同拆解積木，通過機(jī)械力或化學(xué)作用方式將其一層一層剝離下來，從而制備出單層的二維納米片。常用的“自上而下”方法有化學(xué)插層剝離法、球磨法、膠帶剝離法、液相超聲法等，其中化學(xué)插層剝離法的剝離效率雖然最高，但剝離仍需要數(shù)小時(shí)。

科學(xué)家們大多采用有機(jī)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(jié)構(gòu)材料的片層中，并利用鋰和水的反應(yīng)使插層劑“膨脹”，在每一層間形成一個(gè)“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(xué)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(yuǎn)大于機(jī)械剝離力，可以提高剝離效率。

“但是，有機(jī)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(shí)現(xiàn)安全、高效的化學(xué)剝離成為科學(xué)家努力的目標(biāo)?！眳侵?guī)浾f。

科研人員此次創(chuàng)新性地采用固相化學(xué)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(qiáng)還原性質(zhì)，在干燥空氣中穩(wěn)定，可用于高溫固相插鋰反應(yīng)，解決了插層反應(yīng)速度慢的問題，從而實(shí)現(xiàn)了安全、高效、快速的插層剝離。整個(gè)插層剝離過程只需10分鐘，可批量制備出百克級(jí)（108克）碲化鈮納米片，與液相化學(xué)插層剝離法制備量均小于1克相比，此方法的產(chǎn)量提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

值得關(guān)注的是，科研人員還利用此方法制備出了5種不同過渡金屬的二維過渡金屬碲化物納米片和12種合金化合物納米片，證明這種方法具有普適性。

“該方法簡單、快速、高效，對二維材料的宏量制備具有普適意義?！薄蹲匀弧穼徃迦藢υ摲椒ńo予了高度評價(jià)。

吳忠?guī)洷硎荆迷摲椒ㄖ苽涑龅亩S過渡金屬碲化物納米片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(shí)現(xiàn)薄膜、絲網(wǎng)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、柔性電子、微型超級(jí)電容器、電池、催化、電磁屏蔽、復(fù)合材料等方向發(fā)揮重要作用。