中國網/中國發展門戶網訊 近日，中國科學院大連化學物理研究所吳忠帥研究員團隊，與中國科學院深圳先進技術研究院、中國科學院金屬研究所和深圳理工大學（籌）成會明院士，北京大學電子學院康寧副教授合作，在二維過渡金屬碲化物材料的宏量製備方向取得新進展，為過渡金屬碲化物二維材料的規模化製備提供了可能性。相關成果于4月3日線上發表在《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，其微觀結構類似于“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。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，在量子通訊、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。然而，目前該材料還無法實現高品質的宏量製備，阻礙了其實際應用。

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奈米片。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。科學家們大多采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”，將疊在一起的奈米片層層“撐開”，就如同使用了一把“化學刮刀”一層一層地將奈米片“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。

宏量化可控製備二維過渡金屬碲化物奈米片

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）碲化鈮奈米片，與液相化學插層剝離法製備量均小于1克比，此方法的産量提升了兩個數量級。

科研人員用光學顯微鏡觀察製備的過渡金屬碲化物奈米片

團隊還利用此方法製備出了五種不同過渡金屬的碲化物奈米片和十二種合金化合物奈米片，證明其具有普適性。他們還觀察到了多種特徵的量子輸運現象，例如碲化鉬（MoTe₂）奈米片具有依賴於厚度的金屬-絕緣體相變，碲化鎢（WTe₂）奈米片具有巨磁電阻和舒勃尼科夫-德哈斯效應等。

利用該方法製備出的二維過渡金屬碲化物奈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列印器件、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、微型超級電容器、電池、催化、電磁遮罩、複合材料等方向發揮重要作用。