二维金属氧化物和氢氧化物的合成-高产率，高效，快速和低成本

由于二维（2D）材料越来越重要-由于其奇异的电子特性和丰富的活性位点-开发出高产，高效，快速和低成本的合成方法以将这些材料从工业化实验室已成为当务之急。

“先前的研究表明，离子在2D材料的合成中始终起着关键作用，”华中科技大学教授，武汉国家光电国家实验室教授周军告诉Nanowerk。“但是，应该指出的是，当合成过程在溶液中进行时，去离子化是必不可少的步骤，因为离子在溶液中处于溶剂化状态。但是，不幸的是，去溶剂化的能量消耗增加了总活化能，因此限制了反应率。”

在新工作中，由Zhou领导的团队开发了一种通用且快速的熔盐方法（MSM），该方法已广泛研究用于合成石墨烯和钙钛矿等纳米材料，可以合成各种离子嵌入的2D金属氧化物和氢氧化物，例如作为阳离子插层的锰氧化物，阳离子插层的钨氧化物和阴离子插层的金属氢氧化物。

拟议的二维离子嵌入金属氧化物和氢氧化物熔融盐合成机理。当来自前体的金属离子与硝酸盐或H 2 O 反应时，会形成MO x或M（OH）x（M代表金属）分子。在这些MO x或M（OH）x分子的自组装过程中，熔融盐迅速排列在2D平面中并引导2D结构的生长。（©自然出版集团）（点击图片放大）

《自然通讯》（“通过熔融盐法快速批量生产二维金属氧化物和氢氧化物”）报道了这项工作的最重要成果，就是能够通过使用非常便宜的方法在短短1分钟内获得高质量的2D材料。和常见的原始资料

这是实现2D材料商业化的重要一步。

“我们方法的关键特征是直接使用裸离子，而不会在熔融盐中水合作用，以快速诱导2D金属氧化物和氢氧化物的生长，” Zhou解释说。“在我们的技术中，只需将前体添加到低成本熔融盐中仅1分钟，我们就可以通过简单地洗涤盐来获得高产率的2D材料。即使没有离心或沉淀，我们也不会在最终产品中观察到颗粒或纳米线产品。”

Na 0.55 Mn 2 O 4 •1.5H 2 O的SEM图像（图片：武汉光电国家实验室）（点击图片放大）

为了展示其二维离子嵌入金属氧化物和氢氧化物在能量存储中的潜在应用，该团队基于碳纳米管（CNT）涂层的A4纸（作为集电器）印刷了一种柔性固态超级电容器，并在其上涂覆了碳纳米管。 Na 2 W 4 O 13的二维分散。

研究人员认为，这些超级电容器具有良好的电化学性能和出色的倍率性能，证明了这些二维离子嵌入金属氧化物和氢氧化物在储能及其他领域的潜在应用。

“虽然我们只报告了八种2D离子嵌入金属氧化物和氢氧化物，但是这种熔融盐合成工艺的多功能性使我们相信，合理地调节前体和熔融盐将可以合成各种2D氧化物和氢氧化物，并且可访问范围氧化物和氢氧化物可扩展到具有吸引力的其他2D材料。”周总结说。

信息来源：Nanowerk