大连化物所吴忠帅团队Nature！！！

一、【科学背景】

在基础研究和工业应用中，过渡金属碲化物（TMT）是非常重要的一类材料，但与其他二维材料相比，TMT的研究并不彻底。一些TMTs，如WTe₂和MoTe₂，展示出各种量子现象，包括极大的磁阻，拓扑非平凡相和耦合铁电性和超导性。2H-MoTe₂纳米片还可作为高效生产H₂O₂和绿色H₂的电催化剂。为了促进TMT纳米片的使用从实验室到工业规模，必须开发安全、可重复和可扩展的合成技术。“自上而下”的剥离技术是将块状物大规模转变为纳米片的主要技术。基于插层的剥离是一种更有前景的生产高质量TMT纳米片的方法，通过电化学或化学方法在大块晶体层之间插入离子或分子，并将晶体分层成具有溶液可加工性和低能量成本的大的少层和单层纳米片。然而，基于电化学插层的剥离需要在导电衬底上使用单晶电极或涂层粉末，这限制了生产规模，并且需要繁琐的步骤，以化学插层为基础的剥离有可能从其散装粉末中大规模生产纳米片。但是有机锂作为插层试剂在环境气氛中容易爆炸，需要严格控制实验室条件，由于其层间结合能很强，很难插层到TMT晶体中。所以，化学插层剥离法存在插层反应能垒高、插层反应低效、剥离效率低、安全性差等问题。目前，TMT纳米片的生产仍然低于克级，并且使用现有的剥离方法需要较长的处理时间，限制了它们从实验室到市场的有效应用。

二、【科学创新】

本文报告一种快速和可扩展的合成各种MTe2 (M = Nb, Mo, W, Ta, Ti)纳米片的方法，即在10分钟内将大块MTe₂固体锂化，并在几秒钟内将其水解。以NbTe₂为代表，本工作生产了超过100克(108克)的NbTe₂纳米片，平均厚度为3.2 nm，平均横向尺寸为6.2 μ m，回收率超过80%。合成的高度结晶的MTe₂纳米片展示了有趣的量子现象，如量子振荡和巨磁电阻。TMT纳米片还可以作为锂氧电池的电催化剂和微型超级电容器(MSCs)的电极。此外，该合成方法是制备合金碲化物、硒化物和硫化物纳米片的有效方法。本工作为TMT纳米片的通用和可扩展合成开辟了新的机会，探索新的量子现象，潜在的应用和商业化。相关成果以“Metal telluride nanosheets by scalable solid lithiation and exfoliation”为题发表在国际顶级期刊Nature上，大连化物所吴忠帅、中科院金属所成会明院士、北京大学康宁教授为本文的通讯作者。共同第一作者是大连化物所博士后（已出站）张良柱和北京大学研究生杨子萱。

图1 二维TMT纳米片的合成及TMT油墨的应用。©2024 Springer Nature

图2 TMT纳米片的形貌和拉曼表征；©2024 Springer Nature

图3 MoTe2、WTe2、Mo0.5W0.5Te2和NbTe2纳米片的结构表征；©2024 Springer Nature

图4 剥离MoTe2和WTe2纳米片的输运性质。©2024 Springer Nature

图5 固体锂化和剥离制备TMT纳米片的应用；©2024 Springer Nature

三、【成果启迪】

本文开发出一种通用的固体锂化和剥离方法，用于百克高质量TMT纳米片的合成，可能彻底改变其商业生产，这种方法为大规模生产它们的纳米片开辟了可能性。此外，这些纳米片具有优异的可加工性，可以形成各种油墨，用于制造膜、薄膜、纳米复合材料和异质结构，并结合先进的(微)制造技术，这将加速基础研究，并允许它们在许多研究领域的应用，包括但不限于拓扑电子学、催化、能量存储和柔性电子学。

论文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07209-2

本文由虚谷纳物供稿。