居然是“吹”出来的 哈工大在二维材料的宏量制备领域取得重要进展

在国家自然科学基金和泰山学者项目支持下，哈工大威海校区材料科学与工程学院周薇薇副教授团队在二维材料的宏量制备领域取得重要进展。研究成果以Mass Production of Large-sized, Nonlayered 2D Nanosheets: Their Directed Synthesis by A Rapid “Gel-Blowing” Strategy, and Applications in Li/Na Storage and Catalysis (大尺寸、非层状二维纳米片的大规模生产：基于凝胶-膨胀策略的合成及其在锂/钠离子电池和催化领域的应用)为题发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子：21.95）上。

近几年来，二维结构的纳米材料由于其独特的物理、结构特性及其在光电子、场效应管、能源转换和存储等领域的潜在应用，吸引了研究人员的广泛兴趣。目前二维材料的制备方法主要分为气相法和液相法，但是这两种方法均存在一定的缺点，如化学气相沉积法成本高、产量低；而液相法很难获得大尺寸的二维纳米片，且后续需要繁琐的纯化处理。此外，上述方法大多局限于层状二维材料的合成。研究团队受到中国传统民间艺术“吹糖人”的启发，提出了一种全新的“凝胶-膨胀”策略并合成出包括二维的金属氧化物、二维的氮掺杂碳、二维金属氧化物/氮掺杂碳以及二维金属/氮掺杂碳等在内的13种二维材料。首先通过溶胶-凝胶过程得到类似于“糖浆”的粘稠状凝胶，之后利用快速加热产生的大量气体将凝胶“吹”成超薄的二维纳米片，这样就可以实现非层状二维材料的量产，且无需后续的纯化处理。“凝胶-膨胀”策略综合了气相法和液相法的优点，所得纳米片质量高、成分均匀，厚度可达2-3 nm，直径可达100 μm。该方法具有普适性，通过选择合适的金属前驱体和煅烧条件来合成更多的二维材料，且所得二维纳米片在锂离子电池、钠离子电池和电催化等领域均表现出非常优异的性能。此项研究成果得到审稿人的充分肯定和高度评价。

哈工大威海校区为本论文的第一单位，周薇薇副教授和温广武教授为本论文的共同通讯作者。此外，该团队在金属有机框架材料(MOFs)在储能领域的应用方面也取得了进展，相关成果于今年初以封面文章的形式发表在Journal of Materials A, 2018, 6, 2974上（影响因子：9.93）。