北航Nature：非范德华固体向2D过渡金属硫族化合物的转化- 大数跨境

两江科技评论

2020-01-29

导读：通过将非范德华（non-vdW）固体逐步转化为具有2H(三角棱柱)/1T(八面体)相的2D范德华（vdW）过渡金属硫族化物层。

导读

二维（2D）原子层晶体具有独特的物理化学性质，在电子、传感器、催化剂、电池等领域有着广泛的应用。通常，石墨烯、氮化硼和过渡金属硫化物等2D结构可以通过自上而下的方法制备，即通过机械、液相和电化学过程直接剥落vdW对应物。通过这种方式，各种各样的vdW材料（如金属氧化物、氢氧化物和拓扑绝缘体）也可以被合成，从而丰富了2D材料家族。在这些二维vdW纳米晶中，元素组成、化学计算比和结构相通常是从它们的母体块体中继承而来，尽管具有1T和2H相等相特异性结构的2D纳米晶很难有选择地合成。在过去的十年中，非vdW固体中出现了一些不同寻常的2D纳米晶体，如赤铁矿或块层状过渡金属碳化物和氮化物，即MAX相，极大地增加了2D材料成分的数量。特别是非vdW MAX相（其中M代表过渡金属元素，A通常代表元素周期表第13-16组的元素，X为碳或氮），主要具有共价键或离子键和金属的M–A键。由于非vdw固体中原子的紧密堆积和强化学键，将它们转化为具有丰富的暴露表面和确定相的2D纳米晶体仍然是一个挑战。

创新研究

在北京航空航天大学杨树斌教授和美国莱斯大学Pulickel M. Ajayan教授团队（通讯作者）带领下，与清华大学和中国科学技术大学合作，证明了一种有效的合成策略，通过将非范德华（non-vdW）固体逐步转化为具有2H(三角棱柱)/1T(八面体)相的2D范德华（vdW）过渡金属硫族化物层。通过将非vdw固态暴露在硫蒸汽中，可以利用反应产物的焓和蒸气压来控制。杂原子取代的（如钇和磷）过渡金属硫族化物也可以以这种方式合成，从而使一个通用的合成方法能够工程化选择的2D过渡金属硫族化物结构，并在高温下（高达1373开尔文）具有良好的稳定性，实现高通量单层膜的生产。预计这些2D过渡金属硫族化物将在电子、催化和储能领域有广泛的应用。相关成果以题为“Conversion of non-van der Waals solids to 2D transition-metal chalcogenides”发表在了Nature。