IF 27.4！利用液态金属剥离制备二维纳米片

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液相剥离是制备二维纳米片（NSs）的一种可扩展且有效的方法，但往往会引入污染和缺陷。本文利用液态金属镓（Ga）在近室温条件下剥离体相层状材料，通过液体表面张力和镓的插层来破坏范德华力（vdW），将体相材料转化为二维纳米片。此外，该过程还能在环境条件下将过渡金属二硫属化合物（TMDs）的2H相转变为1T’相。通过这一方法，可在无表面活性剂的条件下制备出高纵横比的二维纳米片，适用范围涵盖了超过10种二维材料，包括h-BN、石墨烯、MoTe₂、MoSe₂以及层状矿物等。后续通过乙醇分散来分离镓，避免了额外缺陷和表面活性剂污染的产生。通过调整层状材料的初始缺陷水平，还可根据需要定制二维纳米片的金属化和/或缺陷度，以满足不同应用需求，例如采用剥离的h-BN实现可调双折射率的调制器，或在存在缺陷的MoS₂中实现增强的析氢性能。该方法为优化液态金属与二维材料界面提供了一种策略，不仅可保持材料的本征特性，还能赋能实际应用，或将推进光学、能量转换及更多领域的变革。

创新点

1. 在近室温环境下利用液态金属（Ga）剥离体相层状材料，减少了对高温、高压或化学试剂的需求，同时避免了常规液相剥离中常见的缺陷和污染问题。

2. 该剥离过程可在环境条件下将2H相的TMDs转变为1T’相，具有潜在更高活性或导电性。

3. 适用于超过10种以上的二维材料，不仅覆盖h-BN、石墨烯、MoTe₂、MoSe₂等常见类型，还包括层状矿物质。

4. 可根据具体应用需求，通过预先调节母体材料的缺陷状态，定向获取具备不同结构和性能的二维纳米片。

对科研工作的启发

1. 通过将液态金属引入室温剥离过程，极大地拓展了二维材料的合成策略，降低了制备门槛，同时减少了常见污染与缺陷。

2. 液态金属剥离过程实现的相转变为研究过渡金属二硫属化合物在不同相态下的活性和结构提供了灵活可控的手段。

3. “以缺陷导向性能”这一思路提醒科研工作者，对于实际应用可按照需求进行缺陷调控，从而在功能材料中实现性能的定向增强。

思路延伸

1. 不仅局限于镓，还可尝试其他低熔点金属或合金，进一步拓宽能进行室温剥离的材料库，为特殊应用研发更多性能异质的二维纳米片。

2. 针对TMDs及其他层状材料，系统性地研究2H相、1T’相以及其他可能相态在不同剥离条件下的转变规律，结合缺陷工程共同构建更复杂的功能器件。

3. 将剥离所得二维纳米片与其他纳米材料进行共组装，或与印刷电子等技术结合，实现功能集成化与大面积器件制造，拓展在柔性电子、传感器和智能表面上的应用前景。

4. 涉及液态金属与二维材料在纳米尺度下的力学脱层机制、化学键解离路径及键能变化等问题。

Two-dimensional Nanosheets by Liquid Metal Exfoliation

Adv. Mater. (IF 27.4)

Pub Date  : 2024-12-20

DOI : 10.1002/adma.202416375

Yichao Bai, Youan Xu, Linxuan Sun, Zack Ward, Hongzhang Wang, Gothamie Ratnayake, Cong Wang, Mingchuang Zhao, Haoqi He, Jianxiang Gao, Menghan Wu, Sirong Lu, George Bepete, Deli Peng, Bilu Liu, Feiyu Kang, Humberto Terrones, Mauricio Terrones, Yu Lei

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