一种新的制造技术将过渡金属碲化物纳米片从实验室带到大规模生产

过渡金属碲化物纳米片在不同领域的基础研究和其他应用中显示出巨大的前景，但到目前为止，大规模制造是不可能的，这使得这种材料成为实验室的好奇，而不是工业现实

但一组研究人员最近开发了一种新的制造技术&mdash；使用化学溶液从母体化合物上剥离薄层，形成原子级薄片&mdash；这看起来将最终实现这种超薄物质的承诺

研究人员在《自然》杂志上发表的一项研究中描述了他们的制造技术

在超薄或“二维”材料的世界中&mdash；那些只包含单层原子的原子&mdash；近年来，过渡金属碲化物（TMT）纳米片因其特殊的性质在化学家和材料科学家中引起了极大的轰动

这些化合物由碲和元素周期表“中间”的任何元素（3-12族）制成，具有从半金属到半导电、绝缘、超导甚至更奇异的状态，以及磁性和独特的催化活性

这些特性在电子、储能、催化和传感领域提供了一系列潜在的应用。特别是，TMT纳米片正被探索作为电池和超级电容器中的新型电极材料&mdash；对清洁转型至关重要；由于它们的高导电性和大的表面积

TMT纳米片还可以用作锂氧电池的电催化剂，提高其效率和性能。新兴技术的其他潜在应用包括光伏和热电、氢气生产以及过滤和分离。它们甚至被发现显示出有趣的量子现象，如量子振荡和巨磁阻

中国科学院大连化学物理研究所的化学家吴忠帅说：“TMT纳米片的大规模生产将显著提高效率的行业名单非常长。”。“这就是为什么这种2D材料可能如此令人兴奋的原因。”

不幸的是，尽管人们试图剥离高质量的TMT纳米片，但在实现大纳米片尺寸和超薄特性的同时保持高结晶度仍然是一个重大挑战。由于处理时间长，迄今为止设计的方法是不可扩展的。他们还经常需要有毒化学物质。因此，TMT纳米片的性质仍然是一个有趣的实验室现象，无法实现大规模生产和工业应用的飞跃

该团队最终通过简化的锂化、水解和最后的纳米片剥离过程解决了这个问题

首先，使用化学气相传输制备大量的金属碲化物晶体&mdash；化学中常用的一种方法，使用载气将固体化合物从一个位置输送到另一个位置。当反应容器被加热时，输送剂蒸发并以蒸汽的形式携带固体化合物

蒸汽穿过反应容器，可能会遇到较冷的表面，化合物可以在那里沉积并形成晶体。这允许所需化合物的晶体或非常薄的薄膜的受控生长。在这种情况下，将制备的碲化物晶体与硼氢化锂混合。这一过程包括将锂离子放置在金属碲化物晶体层之间，从而形成中间的“锂化”化合物

然后将锂化的中间化合物迅速用水浸湿，这导致“剥落”，或在几秒钟内将锂化金属碲化物晶体剥离成纳米片

最后，收集剥离的金属碲化物纳米片，并根据其形状和尺寸对其进行表征，使其能够根据所需的应用进一步加工成不同的形式，如薄膜、油墨和复合材料

整个过程只需要10分钟的锂化和几秒钟的水解。该技术能够以非常高的产率生产出不同厚度的高质量TMT纳米片

在测试纳米片时，研究人员发现，它们的电荷存储、高速率容量和稳定性使其有望应用于锂电池和微型超级电容器

他们认为，他们的技术基本上已经准备好商业化，但他们也希望进行进一步的研究，以表征其纳米片的性质和行为，并进一步完善和优化锂化和剥离阶段