名古屋大学（名大）于8月8日宣布，开发了一种通用的合成方法，该方法通过将界面活性剂与金属离子共同析出，将其作为固体晶体用于铸模，从而成功合成了10种“非晶纳米片”，如镓、铝、铟、铈等。

该成果由名大未来材料与系统研究所（IMaSS）的山本瑛祐助教和长田实教授等研究团队取得。详细内容已发表在英国在线科学杂志《Nature Communications》中。

研究背景

纳米片（二维物质）因其原子级别的薄度和二维纳米结构而表现出独特的特性，显示出与原三维物质截然不同的特性和功能。以往主要使用天然存在的结晶性层状化合物剥离得到的结晶性纳米片，但近年来，1纳米左右的极薄非晶纳米片作为下一代材料备受期待。例如，由于其混乱的结构，非晶纳米片往往包含许多缺陷，表现出优异的催化活性，同时由于应力缓慢释放，显示出优良的机械性能，这些都是与结晶性纳米片完全不同的特征。

界面活性剂晶体用于合成非晶纳米片的概念图（来源：名大网站）

然而，由于非晶物质为非层状结构体，一般的层状化合物剥离法难以合成纳米片。因此，传统合成方法获得的非晶二维材料通常厚度较大，仅在碳或硅等极为有限的组成中实现了纳米片特有的效果。为开拓非晶纳米片这一新材料群的科学，必须开发通用的合成方法。为此，研究团队此次尝试通过故意析出界面活性剂，将其作为固体晶体用于铸模，以合成各种非晶纳米片。

(a) 界面活性剂与金属离子混合时形成的层状晶体和 (b) 氨水蒸气处理后形成的晶体（来源：名大网站）

研究进展

根据报道所说，前驱体界面活性剂与金属离子的复合晶体可以通过混合常用的洗涤剂等界面活性剂水溶液和金属离子水溶液来制备。这些前驱体界面活性剂晶体具有层状结构，金属离子规则地排列在层间。研究人员在室温下用氨气水蒸气处理这些界面活性剂晶体，使其保持层状结构的同时，进行层间金属种的水解。随后，通过将氨水蒸气处理后的界面活性剂晶体浸泡在甲酰胺中进行老化，促进了金属种的扩散，成功制备了非晶纳米片。

界面活性剂晶体用于合成非晶氧化/氢氧化镓纳米片（来源：名大网站）

例如，利用镓离子（Ga³⁺）作为金属种时，获得的纳米片在原子力显微镜测量中厚度约为1.5纳米，通过透射电子显微镜观察和限制视野电子衍射图案确定为非晶物质。此外，使用X射线光电子能谱法确认了所得纳米片为氧化物或氢氧化物。此外，还成功合成了包含铝、钪、铬、锰、铁、钴、铑、铟、铈等的各种纳米片。

界面活性剂晶体用于合成各种非晶纳米片（来源：名大网站）

此次研究通过故意不溶解界面活性剂而与金属离子共同结晶，将金属离子封闭在原子级平滑的二维空间中，从而提出了一种将固体晶体作为铸模的新方法。通过分步骤促进水解或重缩合，成功合成了传统方法难以实现的各种非晶纳米片。预计这些新技术合成的材料将为探索二维材料和非晶材料的新性质提供新的科学线索。

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