大連化物所吳忠帥團隊Nature！！！

一、【科學背景】

在基礎研究和工業應用中，過渡金屬碲化物（TMT）是非常重要的一類材料，但與其他二維材料相比，TMT的研究并不徹底。一些TMTs，如WTe₂和MoTe₂，展示出各種量子現象，包括極大的磁阻，拓撲非平凡相和耦合鐵電性和超導性。2H-MoTe₂納米片還可作為高效生產H₂O₂和綠色H₂的電催化劑。為了促進TMT納米片的使用從實驗室到工業規模，必須開發安全、可重復和可擴展的合成技術。“自上而下”的剝離技術是將塊狀物大規模轉變為納米片的主要技術。基于插層的剝離是一種更有前景的生產高質量TMT納米片的方法，通過電化學或化學方法在大塊晶體層之間插入離子或分子，并將晶體分層成具有溶液可加工性和低能量成本的大的少層和單層納米片。然而，基于電化學插層的剝離需要在導電襯底上使用單晶電極或涂層粉末，這限制了生產規模，并且需要繁瑣的步驟，以化學插層為基礎的剝離有可能從其散裝粉末中大規模生產納米片。但是有機鋰作為插層試劑在環境氣氛中容易爆炸，需要嚴格控制實驗室條件，由于其層間結合能很強，很難插層到TMT晶體中。所以，化學插層剝離法存在插層反應能壘高、插層反應低效、剝離效率低、安全性差等問題。目前，TMT納米片的生產仍然低于克級，并且使用現有的剝離方法需要較長的處理時間，限制了它們從實驗室到市場的有效應用。

二、【科學創新】

本文報告一種快速和可擴展的合成各種MTe2 (M = Nb, Mo, W, Ta, Ti)納米片的方法，即在10分鐘內將大塊MTe₂固體鋰化，并在幾秒鐘內將其水解。以NbTe₂為代表，本工作生產了超過100克(108克)的NbTe₂納米片，平均厚度為3.2 nm，平均橫向尺寸為6.2 μ m，回收率超過80%。合成的高度結晶的MTe₂納米片展示了有趣的量子現象，如量子振蕩和巨磁電阻。TMT納米片還可以作為鋰氧電池的電催化劑和微型超級電容器(MSCs)的電極。此外，該合成方法是制備合金碲化物、硒化物和硫化物納米片的有效方法。本工作為TMT納米片的通用和可擴展合成開辟了新的機會，探索新的量子現象，潛在的應用和商業化。相關成果以“Metal telluride nanosheets by scalable solid lithiation and exfoliation”為題發表在國際頂級期刊Nature上，大連化物所吳忠帥、中科院金屬所成會明院士、北京大學康寧教授為本文的通訊作者。共同第一作者是大連化物所博士后（已出站）張良柱和北京大學研究生楊子萱。

圖1 二維TMT納米片的合成及TMT油墨的應用。?2024 Springer Nature

圖2 TMT納米片的形貌和拉曼表征；?2024 Springer Nature

圖3 MoTe2、WTe2、Mo0.5W0.5Te2和NbTe2納米片的結構表征；?2024 Springer Nature

圖4 剝離MoTe2和WTe2納米片的輸運性質。?2024 Springer Nature

圖5 固體鋰化和剝離制備TMT納米片的應用；?2024 Springer Nature

三、【成果啟迪】

本文開發出一種通用的固體鋰化和剝離方法，用于百克高質量TMT納米片的合成，可能徹底改變其商業生產，這種方法為大規模生產它們的納米片開辟了可能性。此外，這些納米片具有優異的可加工性，可以形成各種油墨，用于制造膜、薄膜、納米復合材料和異質結構，并結合先進的(微)制造技術，這將加速基礎研究，并允許它們在許多研究領域的應用，包括但不限于拓撲電子學、催化、能量存儲和柔性電子學。

論文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07209-2

本文由虛谷納物供稿。