柔性电子前景广阔 功能印刷大有可为

　　我国科学家日前在二维过渡金属碲化物材料的批量制备方向取得新进展，并将研究成果在线发表于《自然》。该项研究为薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件等功能印刷定制化应用提供可能。

　　功能性材料助力柔性电子发展

　　利用该研究成果制备出的二维过渡金属碲化物纳米片的溶液和粉体具有良好的加工性能，可以作为各种功能性浆料，实现薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件、光刻器件等在电化学储能、催化、半导体方向的高效和定制化应用。

　　二维过渡金属碲化物材料在电化学储能、催化、柔性电子、量子通信上的应用需要将纳米片粉末、溶液加工成各种基底。首先将二维过渡金属碲化物材料纳米片粉末冷冻干燥后，通过与有机高分子、导电炭黑等一起混合加工成各种功能性的浆料，再通过丝网印刷的方法可以在柔性的无纺布、纸张上制备出各种图案，这在功能性的柔性电子电路具有很大的前景。另外，直接将分散的二维过渡金属碲化物纳米片溶液通过真空抽滤的方法制备出层状有序的二维纳米片膜，由于该类膜具有层间距离可调的优势，这在二氧化碳的分离、盐湖提锂、有机小分子分离等碳中和和新能源重要的分离方向具有重要的应用。

　　此外，制备的功能性的浆料可以通过商业的3D打印器加工成各种微晶格的器件，这将为二维过渡金属碲化物材料在制备大容量的锂电池负极骨架、生物相容性的骨支架、3D的微型光学超材料方向的应用提供可能性。制备的功能性的浆料还可以通过紫外光刻的方法加工成各种形状的微型超级电容器，这将实现大规模、高密度的器件集成方法，兼容硅基半导体的生产工艺，为二维过渡金属碲化物材料在半导体逻辑器件上的应用奠定基础。例如将碲化铌纳米片粉末加工成平面化交叉微电极，所得微型超级电容器具有优异的电化学性能。该方法将极大推动我国二维过渡金属碲化物材料在新能源和材料科学领域的应用。

　　新材料可实现规模化制备

　　二维过渡金属碲化物材料是一类新兴的二维材料，由碲原子（Te）和过渡金属原子（如钼、钨、铌等）组成，其微观结构类似于“三明治”，过渡金属原子被上下两层的碲原子“夹”住，形成层状二维材料。因具有奇特的超导、磁性、催化活性等物理和化学性质，二维过渡金属碲化物材料在量子通信、催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力，受到国际学术界的广泛关注。

　　比如，二维过渡金属碲化物具有高导电性和大比表面积，可作为高性能超级电容器和电池的电极材料。同时，二维过渡金属碲化物纳米片表面具有丰富可调的活性位点，可用做制备绿氢和双氧水的电催化剂，提高催化剂的选择性、效率和性能。此外，该材料还展现出特有的量子现象，如超导和巨磁电阻等，可作为下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件的材料。

　　目前，“自上而下”的方法通常被用来大规模生产纳米片，但该方法制备TMT纳米片存在较大局限。而二维过渡金属碲化物材料的插层剥离涉及到的插层反应能垒高导致插层反应低效，剥离效率低。因此，实现安全、高效的化学剥离成为科学家努力的目标。

　　为解决上述科学难题，团队开拓固相化学插层剥离方法，通过高温固相反应降低插层反应的活化能、使用硼氢化锂作为安全高效的固相锂插层试剂，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 10分钟，可宏量制备出百克量级的碲化铌纳米片，与此前研究制备量均小于1克比，提升了两个数量级。团队还利用此方法制备出5种不同过渡金属碲化物纳米片和12种合金化合物纳米片，证明其具有普适性。

　　（作者单位：中国科学院大连化学物理研究所）