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　　來自中國科學院大連化學物理研究所、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院和北京大學的科研人員，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、磁性、催化活性等物理和化學性質(zhì)，二維過渡金屬碲化物材料在量子通訊、催化、儲能、光學等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用潛力，受到了國際學術(shù)界的廣泛關(guān)注。

　　“比如，二維過渡金屬碲化物具有高導電性和大比表面積，可作為高性能超級電容器和電池的電極材料。同時，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，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。”論文共同通訊作者、中國科學院大連化學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現(xiàn)高質(zhì)量的批量制備，阻礙了其實際應(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，通過機械力或化學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(shù)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(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“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于機械剝離力，可以提高剝離效率。

　　“但是，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(xiàn)安全、高效的化學剝離成為科學家努力的目標。”吳忠?guī)浾f。

　　科研人員此次創(chuàng)新性地采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(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，從而實現(xiàn)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，可批量制備出百克級（108克）碲化鈮納米片，與液相化學插層剝離法制備量均小于1克相比，此方法的產(chǎn)量提升了兩個數(shù)量級。

　　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。”《自然》審稿人對該方法給予了高度評價。

　　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、微型超級電容器、電池、催化、電磁屏蔽、復合材料等方向發(fā)揮重要作用。