我国科研人员在材料科学领域取得一项重要进展,成功实现了二维金属碲化物材料的宏量制备。这一突破不仅解决了该材料难以规模化制备的瓶颈问题,更为其在电子、光电子、能源存储与转换等领域的实际应用打开了广阔前景。
二维材料因其独特的物理、化学性质,如超高的比表面积、优异的电学性能和量子限域效应等,自石墨烯发现以来一直是科学界的研究热点。其中,二维金属碲化物作为一类重要的功能材料,在拓扑绝缘体、热电转换、非线性光学及催化等方面展现出巨大潜力。长期以来,高质量、大尺寸二维金属碲化物的可控、宏量制备一直是制约其走向实际应用的难题。传统方法如机械剥离产量极低,化学气相沉积虽可控制质量但难以规模化,而液相剥离则常面临厚度不均、缺陷较多等问题。
此次我国研究团队创新性地开发了一种新型的化学合成与剥离相结合的策略。他们首先通过精准调控前驱体比例与反应条件,在液相中大量合成出具有层状结构的金属碲化物前驱晶体。采用一种温和高效的插层剥离技术,在不破坏材料本征晶体结构和优异性能的前提下,成功将块体材料分离成单层或少层的二维纳米片。该方法的关键在于插层剂的选择与剥离动力学的精细控制,确保了剥离过程的高效性和产物的高质量。实验结果表明,利用该技术可实现每小时克级甚至更高产量的二维金属碲化物制备,且产物尺寸均一、结晶度良好、稳定性高。
这一宏量制备技术的突破具有多重重要意义。它为深入系统地研究二维金属碲化物的本征物性(如电导率、热导率、力学强度、光学带隙等)提供了充足且高质量的材料基础,有助于揭示其新奇量子现象背后的物理机制。宏量供应使得基于此类材料的器件研发和性能测试成为可能。例如,科研人员可尝试将其用于构建高性能场效应晶体管、高灵敏度光电探测器、高效电催化剂或柔性透明电极,推动下一代电子信息、能源技术的发展。规模化制备是材料从实验室走向产业化的必经之路。该成果显著降低了二维金属碲化物的获取成本,为其在未来能源(如高性能电池、超级电容器)、催化(如氢能制备、二氧化碳还原)、复合材料等领域的规模化应用奠定了坚实的材料基础。
基于这一宏量制备平台,研究人员可进一步探索不同金属元素(如钼、钨、铌、钽等)与碲的二维化合物,构建种类丰富的二维碲化物材料库,并通过掺杂、合金化、构建异质结等手段对其性能进行剪裁与优化。如何将制备的二维纳米片进一步组装成宏观体材料(如薄膜、气凝胶、纤维等),并实现其在具体器件中的高效集成,将是下一步研究的重要方向。
总而言之,我国科研人员在二维金属碲化物宏量制备上取得的成就,是材料合成领域的一项标志性进展。它不仅体现了我国在低维材料基础研究方面的深厚积累与创新能力,更预示着二维材料家族向着实际应用迈出了关键一步,有望在未来科技与产业发展中扮演重要角色。