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中国科技大学:二维材料家族添加一位全新成员

前瞻网    2021-10-28 14:09

 

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中国科技大学化学与材料科学学院的吴长征带领的研究团队成功实现非范德华力层状材料精准剥离,获得保持计量比的二维材料,为二维材料家族添加全新成员。该新二维材料展现出较之块材提升三个数量级的室温超离子导电行为。相关成果于日前在线发表在《自然•化学》杂志上。

近年来,层状材料在获取二维结构方面引起了人们极大的兴趣。其中,范德华力层状材料,由于层间的弱相互作用力,使得人们可以通过多种剥离手段获得其保持块材的组分和结构的单层二维材料,推进了其在降维后量子限域效应下的本征性能研究。对于非范德华力层状材料,层间的强化学键作用极大地阻碍了原子级厚度二维结构的制备。尽管通过选择性刻蚀化学活性层,人为构建范德华力间隙,能够实现单层或寡层纳米片的制备,但目前往往不可避免剧烈破坏原始晶格,致使所获二维材料的组分和结构与块材产生巨大差异。当前,如何实现具有块材组分和结构的二维非范德华力层状材料仍存在巨大挑战。

为此,研究团队针对非范德华力层状材料系列化合物,通过可控电化学插层手段,利用金属与大半径插层分子电对之间的氧化还原电势差,成功剥离获得与块材几乎一致组分和结构的二维结构,为二维材料家族添加全新成员。不仅如此,团队发现该二维材料A纳米片的离子导电性随着厚度降低而大幅提高,并在单层展现出室温超离子导电行为,较之块材提升了三个数量级。理论计算指出,在二维材料中银离子沿着四面体空位的跃迁能垒大幅降低,从而将这种在块材中的高温超离子导电相稳定至室温。

该项成果为二维材料添加了全新家族成员,也为未来二维非范德华力层状材料的合成和探索提供了新思路。

作者背景介绍:吴长征,中国科学技术大学教授,国家杰出青年科学基金获得者(2019),英国皇家化学会会士(RSC Fellow) (2017),入选中组部“万人计划”青年拔尖人才(2015)。研究方向:1. 调制纳米尺度材料电学行为和自旋属性,并研究本征物性与催化过程和能源存储和转换等应用之间的关联规律;2. 研究新奇纳米尺度器件,特别是光磁热敏感的机敏材料体系及器件;3. 研究高效环境友好纳米结构应用于能源存储体系;4. 发展高效催化材料应用于可持续能源研究,包括燃料电池反应,水分解,CO2转化等。

该研究论文题为'Stoichiometric two-dimensional non-van der Waals AgCrS2 with superionic behaviour at room temperature',已发表在《自然•化学》期刊上。

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责任编辑: 3976DBC

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