Advanced Functional Materials:固相剥离法宏量制备过渡金属卤化物纳米片

二维过渡金属卤化物(MX2,M为钒、钽、钼等过渡金属,X为硫、硒、碲等)是继石墨烯后新型的二维材料。其可调的化学成分和电子结构,使得其在电学,光学,催化和电化学等方向具有重要的应用。为了展现出其巨大的潜力,二维卤族化合物的纳米片制备是当前的前沿与热点之一。主流的制备方法包括机械剥离,液相剥离,离子插层剥离和固相剥离。然而机械剥离,液相剥离和离子插层剥离都有其各自的弱点,如产率低,实验安全风险高和普适性小。固相剥离法具有宏量制备、高效、安全性高和普适性制备的优点。主要是通过球磨的方法,利用研磨介质产生的剪切力实现对二维材料的剥离。目前已经实现了对石墨烯和氮化硼等宏量制备。然而,对于过渡金属硒化物和碲化物的固相剥离还未被报道过。

澳大利亚迪肯大学先进前沿材料院类伟巍课题组的张良柱博士和合作者针对这一问题设计了具有裂缝的MX2晶体,通过固相剥离法系统的制备了产量达到克级别的18种二维过渡金属卤化物纳米片。并探讨了固相剥离法中的参数如球磨时间、球磨速度和原料对纳米片产率的影响。通过优化参数,制备的二碲化钛和二硒化钼的产率高于80%。SPE工艺不需要使用毒性有机溶剂,如二甲基亚砜(DMSO),N-二甲基甲酰胺(DMF),N-甲基2-吡咯烷酮(NMP)。此外,剥离的纳米片既可以以粉末形式存储,也可以以各种不同浓度分散在水中,以便用于薄膜和器件制造。固相剥离的高效、安全、宏量制备和普适的优点将有力推动二维过渡金属卤化物纳米片的应用研究。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials(“Solid Phase Exfoliation for Producing Dispersible Transition Metal Dichalcogenides Nanosheets”DOI: 10.1002/adfm.202004139)上。