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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組（508組）吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所成會(huì)明院士團(tuán)隊(duì)，以及北京大學(xué)康寧副教授團(tuán)隊(duì)合作，在二維過(guò)渡金屬碲化物材料的宏量制備方面取得重要進(jìn)展，為金屬碲化物二維材料的物性研究與能源應(yīng)用等提供了可能性。

二維過(guò)渡金屬碲化物（TMT）是一類新興的二維材料，是國(guó)際公認(rèn)的基礎(chǔ)性、前瞻性和戰(zhàn)略性材料體系。TMT材料如WTe2和MoTe2，屬于經(jīng)典的量子材料，可以用于研究多種新穎物理性質(zhì)。例如，WTe2具有極大的磁阻和拓?fù)浞瞧椒蚕啵?/span>MoTe2具有鐵電和超導(dǎo)特性等。

目前，“自上而下”的方法通常被用來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)納米片，但該方法制備TMT納米片存在插層反應(yīng)能壘高、插層反應(yīng)低效、剝離效率低、安全性差等問(wèn)題。例如，球磨和液相剝離制備的納米片具有亞微米橫向尺寸和較差的可重復(fù)性，總體質(zhì)量不高導(dǎo)致其應(yīng)用受限。電化學(xué)插層剝離需要制備的電極為大塊單晶或者將層狀材料刮涂在導(dǎo)電襯底上，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備。化學(xué)插層剝離涉及到有機(jī)鋰作為插層試劑，但有機(jī)鋰具有易燃易爆的性質(zhì)并且需要在負(fù)壓或者手套箱中操作，這對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求非常高并且不安全。因此，安全、可重復(fù)和可擴(kuò)展的合成技術(shù)是將TMT納米片從實(shí)驗(yàn)室推廣到實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

本工作中，吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)提出了一種固相化學(xué)插層剝離新方法，通過(guò)高溫固相反應(yīng)降低插層反應(yīng)的活化能，創(chuàng)新性地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，可用于實(shí)現(xiàn)高溫固相插鋰反應(yīng)，克服了插層反應(yīng)速度慢的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速的插層剝離。整個(gè)插層剝離過(guò)程只需短短10分鐘，可宏量制備出百克級(jí)（108克）的碲化鈮納米片，與此前研究制備量均小于1克比，提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。重要的是，該方法具有普適性，此方法成功制備出了五種不同過(guò)渡金屬的碲化物納米片（MoTe2、WTe2、NbTe2、TaTe2和TiTe2）和十二種合金化合物納米片，豐富了二維材料體系庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了材料功能化、定制化制備。此外，團(tuán)隊(duì)還觀察到多種有趣量子現(xiàn)象，例如MoTe2納米片具有依賴于厚度的金屬-絕緣體相變，WTe2納米片具有巨磁電阻和舒勃尼科夫-德哈斯效應(yīng)等。

該工作制備出來(lái)的系列二維碲化物和合金化合物納米片有望為能源化學(xué)、材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理等的研究提供新的平臺(tái)材料體系。值得注意的是，二維過(guò)渡金屬碲化物納米片具有良好的加工性能，可進(jìn)一步加工成溶液、薄膜、絲網(wǎng)印刷墨水、3D打印器件、光刻的微型超級(jí)電容器等，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了該類二維材料在高性能量子器件、微型超級(jí)電容器、先進(jìn)電池、能源催化、電磁屏蔽、復(fù)合材料等領(lǐng)域的重要應(yīng)用潛力。

相關(guān)成果以“Metal Telluride Nanosheets by Scalable Solid Lithiation and Exfoliation”為題，于4月3日以長(zhǎng)文（Research Article）的形式發(fā)表在《自然》（Nature）上。同期《自然》還以“Scalable,?high-quality 2D telluride nanosheets for energy and catalysis applications”為題，在研究簡(jiǎn)報(bào)（Nature Brief）專欄中報(bào)道了該研究成果。

該工作的共同第一作者是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所博士后（已出站）張良柱和北京大學(xué)研究生楊子萱。該成果球差電鏡表征部分工作得到了我所五室李名潤(rùn)研究員的支持。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委“六元環(huán)無(wú)機(jī)材料”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家博士后國(guó)際交流引進(jìn)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、上海市浦江人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。（文/圖 張良柱、侯曉城）

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