科学家提出材料剥离新法则，可调控二维材料缺陷浓度

近日，清华大学深圳国际研究生院雷钰教授和团队发现了一项极具创新性的通用剥离方法，其核心在于巧妙运用液态金属镓（Ga）作为关键辅助剂，为从块状材料中高效获取高质量二维材料开辟了新的途径。

而此次开发的液态金属镓辅助剥离方法，则有效克服了这些难题，展现出独特的优势与卓越的性能。

镓原子能够精准地插入到二维材料的层间，巧妙地扩大了原本紧密的层间距，从而为后续的剥离过程创造了有利的前提条件。

同时，液态金属镓所具备的流体特性，与在特定条件下生成的三氧化二镓（Ga₂O₃）的黏附特性相互协同，形成了一种精妙的双重效应。

尤为关键的是，整个剥离过程是在接近室温的温和条件下进行的。这种相对温和的环境，从根本上摒弃了以往使用强机械力所带来的负面效应，确保了二维材料面内的共价键能够维持完整，不会受到任何损伤。

而且，由于在整个剥离流程中并未产生因剥离操作本身而诱导的缺陷，所以最终所获得的二维纳米片的缺陷情况，仅仅取决于所选用的块状晶体原本的质量水平。

实验表明，该方法能够成功应用于多种二维材料的剥离，涵盖了诸如石墨烯这一备受瞩目的明星材料，以及碲化钼（MoTe₂）、硒化钼（MoSe₂）、硒化钨（WSe₂）、硫化钼（MoS₂）、硫化钨（WS₂）、硒化铌（NbSe₂）等具有重要应用前景的过渡金属化合物二维材料，还包括蛭石以及六方氮化硼（h-BN）等不同类型的二维材料。

针对不同的实际应用场，所剥离的二维纳米片的晶体质量能够实现精准控制。

具体而言，只需依据目标应用对晶体质量的要求，合理选择具有相应缺陷水平的块状晶体作为原料，便可达到预期的质量控制效果。

这一特性进一步彰显他们这种剥离方法在二维材料制备领域的高度灵活性与实用性，为后续二维材料在诸如电子学、能源存储、光电器件等众多领域的高质量应用奠定了坚实的基础。

由于本次方法可以调控二维材料的缺陷浓度，因此在多种领域有着潜在的应用前景。

在催化领域，多缺陷的二维材料在催化反应中有着独特的优势。以缺陷态的过渡金属硫化物（如 MoS₂）为例，其原子层面的缺陷位，比如硫空位等，能够成为催化反应活性位点。在析氢反应中，这些缺陷位点可以有效地吸附反应底物，降低反应的活化能，从而加速氢气的生成过程。相较于无缺陷的 MoS₂，带有缺陷的材料表现出更高的催化活性，使其成为一种极具潜力的廉价高效的析氢催化剂，对于未来的清洁能源中电解水制氢等环节有着重要意义。同时，在一些有机催化反应中，像多缺陷的石墨烯材料，其边缘和缺陷处的碳原子具有不饱和的化学键，能够与有机底物发生特异性的相互作用，促进有机分子的转化。例如，在某些芳烃的选择性加氢反应或者碳-碳键偶联反应中，多缺陷石墨烯可以作为催化剂载体或者协同催化剂参与其中，提高反应的选择性和产率。

在传感器领域，多缺陷的二维材料由于其表面和内部存在着丰富的缺陷态，这些缺陷能够与被检测的物质发生特异性的相互作用，进而改变材料自身的电学、光学等性质，实现高灵敏的传感检测。例如，在气体传感器方面，对于检测环境中的有害气体如二氧化氮（NO₂）、氨气（NH₃）等，多缺陷的 MoSe₂ 二维材料，气体分子会优先吸附在其缺陷位点上，导致材料的电子传输特性发生改变，通过监测材料电导率的变化就能实现对微量气体的精准检测。而且，不同的气体分子在不同缺陷位点上的吸附行为和对材料性质影响有所差异，这也有助于实现对多种气体的区分检测，可应用于工业废气监测、室内空气质量检测等场景。

在生物传感器领域，多缺陷的二维材料可以通过修饰生物识别分子（如抗体、核酸适配体等），利用缺陷处与生物分子之间更好的结合稳定性以及对目标生物标志物（如特定蛋白质、核酸等）的特异性吸附作用，构建出高灵敏度、高特异性的生物传感器，用于疾病的早期诊断，在癌症标志物检测、传染病病原体检测等方面有着潜在的应用价值。

在电子器件领域，在高性能晶体管制造方面，无缺陷的二维材料，比如石墨烯其具有超高的载流子迁移率以及优异的电学稳定性。没有晶格缺陷意味着电子在其中传输时不会受到散射等阻碍，能够实现高速、低功耗的电子信号传输，有望替代传统的硅基材料用于制造下一代高速逻辑电路、高频通信器件等，推动集成电路产业向着更高性能、更小尺寸的方向发展。对于二维材料中的六方氮化硼（h-BN），无缺陷的情况下它可以作为高质量的绝缘衬底材料，与其他二维导电材料（如石墨烯等）结合构建二维异质结，在二维电子器件中精确地调控电子的输运行为，实现诸如量子隧穿效应等特殊的电学现象，进而开发出具有新颖功能的场效应晶体管、量子比特等电子器件，应用于量子计算、超高速通信等前沿技术领域。

在光电器件领域，在发光二极管领域无缺陷的二维材料可以作为高效的发光层或者电子传输层。例如，无缺陷的硫化镉（CdS）二维纳米片，其内部完美的晶体结构能够保证电子和空穴的有效复合，减少非辐射复合带来的能量损失，从而提高发光二极管的内量子效率，实现更亮、更节能的发光效果，可应用于显示技术、照明工程等领域，为开发新型的高效节能光源提供支撑。在光电探测器方面，像无缺陷的硒化铅（PbSe）二维材料，其具有精确可控的光电性能，能够快速响应不同波长的光信号，并且由于不存在缺陷导致的电子态混乱等问题，在探测微弱光信号时能够保持高的灵敏度和准确性，可用于红外成像、光学通信中的光信号检测等应用场景，提升光电探测的分辨率和可靠性。