2024年4月3日，由吴忠帅研究员(DICP)、康宁副教授(Peking Univ.)和成会明院士(IMR & SIAT, CAS; SUAT, Shenzhen)团队共同完成的“可扩展固体锂化和剥离的金属碲化纳米片”发表在《自然》杂志上。同时，《自然》杂志也在《自然简报》栏目以“用于能源和催化的可扩展、高质量的二维碲化纳米片”为题报道了这一研究成果。本研究报道了一种在10分钟内锂化块状MTe₂（M = Nb、Mo、W、Ta、Ti）并在数秒内水解，从而合成各种MTe₂纳米片的方法。这项研究为过渡金属碲化物纳米片（TMTs）的通用和可扩展合成开辟了新的机会，以探索新的量子现象、潜在应用和商业化。

TMTs在基础研究和工业应用上具有独特的吸引力，但相比于其他二维材料，TMTs的研究并不彻底。近年来，人们对一些TMTs，如WTe₂和MoTe₂进行了各种量子现象的研究，包括巨磁电阻、拓扑非平凡相和耦合铁电性与超导性。

目前，“自上而下”的方法通常用于大规模生产纳米片。然而，该方法在制备TMTs时遇到了各种问题，包括插层反应能垒高、插层反应效率低、剥离效率低、安全性差等问题。例如，通过机械铣削和液相剥离制备的纳米片具有亚微米的横向尺寸和较差的可重复性，较低的整体质量较限制了它们的应用。基于电化学插层剥离需要使用单晶电极或将粉末涂覆在导电基底上这使得大规模制备变得困难。化学插层剥离涉及使用有机锂作为插层剂，但有机锂具有高度易燃易爆性，需要在负压下或手套箱中操作，这对实验设备提出了很高的要求并且安全性低。因此，开发安全、可重复以及可扩展的制备技术是TMTs从实验室推广到实际应用的技术瓶颈。

本工作中，吴忠帅团队提出了一种固相化学插层剥离新方法，通过高温固相反应降低插层反应的活化能，创新性地筛选出了一种固相插层试剂——硼氢化锂，硼氢化锂具有强还原性质，在干燥空气中稳定，可用于实现高温固相插锂反应，克服了插层反应速度慢的问题，从而实现安全、高效、快速的插层剥离。整个插层剥离过程只需短短10分钟，可宏量制备出百克级（108克）的碲化铌纳米片，与此前研究制备量均小于1克比，提升了两个数量级。重要的是，该方法具有普适性，此方法成功制备出了五种不同过渡金属的碲化物纳米片（MoTe₂、WTe2、NbTe₂、TaTe₂和TiTe₂）和十二种合金化合物纳米片，丰富了二维材料体系库，实现了材料功能化、定制化制备。此外，团队还观察到多种有趣量子现象，例如MoTe₂纳米片具有依赖于厚度的金属-绝缘体相变，WTe₂纳米片具有巨磁电阻和舒勃尼科夫-德哈斯效应等。

该工作制备出来的系列二维碲化物和合金化合物纳米片有望为能源化学、材料科学、凝聚态物理等的研究提供新的平台材料体系。值得注意的是，二维过渡金属碲化物纳米片具有良好的加工性能，可进一步加工成溶液、薄膜、丝网印刷墨水、3D打印器件、光刻的微型超级电容器等，研究团队进一步验证了该类二维材料在高性能量子器件、微型超级电容器、先进电池、能源催化、电磁屏蔽、复合材料等领域的重要应用潜力。

该工作的共同第一作者是我组博士后（已出站）张良柱和北京大学研究生杨子萱。该成果球差电镜表征部分工作得到了我所五室李名润研究员的支持。上述工作得到国家自然科学基金、国家自然科学基金委“六元环无机材料”基础科学中心项目、国家重点研发计划、国家博士后国际交流引进计划、中国博士后科学基金、上海市浦江人才计划等项目的资助。