制备二维纳米材料的新方法

材料牛注：黑磷、二硫化钼等可能不如石墨烯那样大名鼎鼎，但它们和石墨烯其实同属一门，都是科研领域的研究热点——二维材料，二维材料因其独特的性质，尤其是电性能，受到了广泛的关注。

布里斯托大学UCL-led项目的研究结果表明，二维（2D）纳米材料可通过在液体中溶解层状材料的方法来制备。这种液体可以用于低成本二维纳米材料的量产，使二维材料有望在未来得到大范围应用。

尽管二维纳米材料（石墨烯等）具有卓越的物理性能以及革新技术的潜力，但因其规模量产的技术尚不成熟，因此将其应用于实际还是有诸多限制和挑战。

发表于Nature Chemistry的这一新工艺可进行许多单层二维材料的量产。研究人员将这一技术用于不同的二维材料，例如有关半导体和热电的，以此制造出可用于太阳能电池或转变废热为电的二维材料。

UCL的物理学和天文学博士兼研究主任Chris Howard说：“二维纳米材料具有优异的性能和独特的尺寸，这意味着它们可用于各种器件，从电脑显示器到智能纺布等都可以使用二维纳米材料。”

“许多制造和应用二维纳米材料的技术是难以实现量产或会损坏材料的，但我们已经成功地解决了这些问题。这一新工艺有助于帮助我们更深刻地体会到二维纳米材料的潜力。”

在这项由皇家工程与工程和物理科学学院资助的研究项目中，科学家们将带正电锂离子和钾离子插入不同材料的层间，包括Bi2Te3、MoS2和TiS2等，以此给予每一层负电荷，从而创建出所谓的“层状材料盐”。这些层状材料盐，无序化学反应或搅拌即可溶于选定的溶剂中。

科学家们用原子力显微镜分析了溶液成分，用透射电子显微镜观察了二维纳米材料的结构和厚度。他们发现，层状材料在溶液中溶解成孤立、细小、无损、清洁的小片层。

来自UCL、布里斯托大学、剑桥石墨烯中心和苏黎世联邦理工大学的研究团队已经能够证明，即使是包含百万原子的二维纳米片也是形成稳定溶液而非悬浮液。这些二维材料的突破性分析是由Oliver Payton博士和Loren Picco博士等共同完成的。利用高速原子力显微镜可测量层厚以及二维片状区域的分布。

这些测试对于新工艺的优化是至关重要的，并且可提供保证量产质量的最佳路线。Oliver Payton博士说：“我们使用的是世界上最快的三维超分辨率显微镜，这使我们能同时测量成千上万的二维纳米薄片，而这在传统的扫描探针显微镜上是难以实现的。”

“我们的测量手段比其他同类的技术更为准确，这使得我们团队可以将这一新的生产工艺做到至善至美。”

第一作者Patrick Cullen博士（UCL化学工程）说：“当我们向盐（层状材料盐）加入溶剂时，我们并没有想到这一范围的二维纳米材料会形成溶液，层状材料盐尺寸较大，但是却像普通食盐一样易溶于水。这一事实使它们在量产上可以大做文章，这不仅在科研领域有意义，在工业生产领域也很重要。

“我们已经证实它们可以涂到表面上，并且干燥后可自排为各种形状。它们也可以像黄金用于电镀金属一样电镀于表面。我们希望用我们的工艺制作不同的二维纳米材料，并尝试将其应用于各种领域。”

这一技术已取得专利，并且可用于商业化生产。

原文链接：New Solution for Making 2D Nanomaterials.

文献链接：Ionic solutions of two-dimensional materials.

本文由材料人编辑部杨树提供素材，赵玲编译，点我加入编辑部。

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