AM:電化學剝離層狀材料:快速高效製備二維材料的新方法

隨著石墨烯研究的崛起，各種二維材料（包括過渡金屬硫化物，黑磷以及碳化鈦等）越來越廣泛地應用於傳感器，催化劑，能量存儲，以及多功能電學器件中。然而，這些新技術能否得到深度推廣，取決於能否大批量，低成本地獲取符合應用需求的二維材料。目前廣泛採用的製備手段，包括膠帶或超聲剝離層狀晶體，化學氣相沉積生長大面積薄膜，具有產率低，性能差或者成本高等缺點。因此，無論是學界還是工業界，都在尋求一種能夠克服上述缺點的新方法。

近幾年，電化學剝離方法逐漸開始受到重視。它以導電層狀材料為前驅物，在電場作用下驅動無機陰離子(例如硫酸根離子等)，鹼金屬離子(例如Li+, Na+, K+等)或者有機陽離子(例如季銨離子等)插層。通過增大層間距克服層與層之間的弱範德華力，從而實現二維材料的分離。該方法不僅能製備高質量的石墨烯或者氧化石墨烯，而且能快速合成二維半導體納米片，以及對材料進行原位修飾。和傳統製備方法比較，電化學剝離具有產率高，速度快，成本低，汙染小，設備簡單，容易純化分離等優點，能夠同時滿足實驗室研究和工業應用的要求。

自2012年以來，德勒斯登工業大學馮新亮團隊對該領域進行了細緻的研究，取得了矚目的成果。通過對電化學參數的控制以及機理的深入理解，實現了大量製備溶液可分散的高質量石墨烯和石墨烯複合材料。同時，該方法能剝離合成無缺陷的黑磷，硒化銦，二硫化鉬納米片，以及選擇性刻蝕碳鋁鈦（MAX）得到碳化鈦（MXene）納米片。這些材料已經用於場效應電晶體，超級電容器，電池電極，噴墨列印電路，光電探測器，太陽能電池等。基於課題組在該領域的積累，這篇綜述詳細介紹了電化學剝離技術的研究進展，包括方法的設計，電解液的選擇，插層的機理，電化學反應和潛在應用等，同時討論了在實際製備中的挑戰和機遇。

研究者希望該綜述能夠為新型二維材料的製備及應用提供新思路，同時為電化學方法的未來發展作出貢獻。相關論文在線發表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201907857)上。