二維過渡金屬碲化物是什麼
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，其微觀結構類似於"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示意圖
二維過渡金屬碲化物材料具有奇特的超導、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。
例如利用過渡金屬碲化物具有高導電性和大比表面積，作為高性能超級電容器和電池的電極材料；利用過渡金屬碲化物奈米片表面具有豐富可調的活性位點，製備綠色氫和雙氧水力發電催化劑，提高催化劑選擇性、效率和性能；利用材料展現出的超導和巨磁電阻等新奇量子現象，或可為下一代低功耗裝置和高密度磁性儲存裝置提供材料。
然而，目前二維過渡金屬碲化物材料的高品質宏量製備仍面臨巨大挑戰，嚴重阻礙了其實際應用。
尋找關鍵液體試劑
二維過渡金屬碲化物材料一般採用「自上而下」的製備方法，就如同拆解積木，透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。
「由上而下」製備方法通常有化學插層剝離法、球磨法、膠帶剝離法、液相超音波法等，其中化學插層剝離法的剝離效率雖然最高，但剝離製備仍需要數小時。
目前科學家大多採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"，在每一層樓形成一個"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。
二維過渡金屬碲化物材料「自上而下」的製備示意動畫
讓安全大量製備新材料成為可能
為了更好的發展新材料，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成會明院士及北京大學電子學院康寧副教授等合作，採用固相化學插層剝離方法，創新地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，與同等時間液相化學插層剝離法製備量均小於1克比，此方法效率和產量均有了大幅提升。
固相鋰化插層剝離合成過渡金屬碲化物奈米片的示意圖
團隊也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，證明其具有普遍性。
同時，科學家也觀察到了多種特徵的量子輸運現象，例如碲化鉬（MoTe 2 ）奈米片具有依賴厚度的金屬-絕緣體相變，碲化鎢（WTe 2 ）奈米片具有巨磁電阻和舒勃尼科夫-德哈斯效應等。
製備出多種不同過渡金屬的碲化物奈米片
透過此方法製備出的二維過渡金屬碲化物奈米片溶液和粉體具有良好的加工性能，可作為各種功能性漿料，實現薄膜、絲網印刷裝置、 3D列印裝置、光刻裝置的高效和客製化加工等。
同時可望在高性能量子裝置、柔性電子、微型超級電容器、電池、觸媒、電磁屏蔽、複合材料等方向發揮重要作用。
過渡金屬碲化物奈米片加工成粉末、溶液、薄膜、3D列印裝置、網版印刷裝置的圖片
成果以Metal telluride nanosheets by scalable solid lithiation and exfoliation為題，於4月3日在線發表在《自然》雜誌上。
資料來源：中國科學院大連化學物理研究所
責任編輯：劉映含
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