产量大幅提升！科学家实现二维金属碲化物材料宏量制备
产量大幅提升！科学家实现二维金属碲化物材料宏量制备
近日，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员团队在二维过渡金属碲化物材料的宏量制备方面取得突破性进展。研究团队创新性地采用硼氢化锂作为插层剂，实现了10分钟内制备108克碲化铌纳米片，相比传统方法效率大幅提升。这一成果于4月3日在线发表在《自然》杂志上。
二维过渡金属碲化物材料是一类新兴的二维材料，由碲原子（Te）和过渡金属原子（如钼、钨、铌等）组成，其微观结构类似于“三明治”，过渡金属原子被上下两层的碲原子“夹”住，形成层状二维材料。
二维过渡金属碲化物材料示意图
这类材料具有奇特的超导、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，可以利用其高导电性和大比表面积作为高性能超级电容器和电池的电极材料；利用其纳米片表面丰富的活性位点制备绿氢和双氧水电催化剂；利用其展现出的超导和巨磁电阻等新奇量子现象开发下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件。
然而，目前二维过渡金属碲化物材料的高质量宏量制备仍面临巨大挑战，严重阻碍了其实际应用。
研究团队采用固相化学插层剥离方法，创新性地筛选出了一种固相插层试剂——硼氢化锂。硼氢化锂具有强还原性质，在干燥空气中稳定，可用于高温固相插锂反应，解决了插层反应速度慢的问题，从而实现了安全、高效、快速的插层剥离。整个插层剥离过程只需10分钟，可宏量制备出百克级（108克）碲化铌纳米片，与同等时间液相化学插层剥离法制备量均小于1克比，此方法效率和产量均有了大幅提升。
制备出多种不同过渡金属的碲化物纳米片
团队还利用此方法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，证明其具有普适性。同时，科学家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。
通过该方法制备出的二维过渡金属碲化物纳米片溶液和粉体具有良好的加工性能，可以作为各种功能性浆料，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。同时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重要作用。
过渡金属碲化物纳米片加工成粉末、溶液、薄膜、3D打印器件、丝网印刷器件的图片
该成果以"Metal telluride nanosheets by scalable solid lithiation and exfoliation"为题，于4月3日在线发表在《自然》杂志上。
本文原文来自中国科学院大连化学物理研究所