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研究背景

二維多組分材料（2DMCMs）是指由兩種或多種元素組成的二維材料，因其在電子、光學(xué)、熱學(xué)等方面具有獨(dú)特的性能，成為了研究熱點(diǎn)。尤其是在能源存儲(chǔ)、傳感器、催化等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，使得二維材料的多組分設(shè)計(jì)受到了廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的二維多組分材料合成方法由于反應(yīng)路徑復(fù)雜且不穩(wěn)定，常常導(dǎo)致相分離和成分不均勻，嚴(yán)重制約了其性能的穩(wěn)定性與可控性。因此，如何實(shí)現(xiàn)二維多組分材料的高質(zhì)量合成，并精確調(diào)控其成分，成為當(dāng)前研究的難題。

成果簡(jiǎn)介

為了解決這一問題，北京航空航天大學(xué)宮勇吉教授團(tuán)隊(duì)在Nature Synthesis期刊上發(fā)表了題為“Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys”的最新論文。第一作者為闕海峰，李泌軒為共同一作。

團(tuán)隊(duì)提出了一種空間限制化學(xué)氣相傳輸策略（CVDT），該方法能夠在避免相分離和成分不均勻的情況下合成高質(zhì)量的二維多組分材料。通過該策略，研究人員成功合成了十二種類型的過渡金屬磷硫化物及其合金（多達(dá)九種元素），并實(shí)現(xiàn)了成分的精確控制。該方法的核心優(yōu)勢(shì)在于結(jié)合了化學(xué)氣相傳輸與限制生長(zhǎng)空間，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻且可控的氣相環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)選擇性橫向生長(zhǎng)，并確保了高熵合金的組成一致性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所合成的CuInP2S6展現(xiàn)出室溫鐵電性，并且通過引入鎳雜原子，材料的鐵電性能和反鐵磁性能都可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)。這些成果表明，采用該策略合成的二維多組分材料不僅具有高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)，還能夠根據(jù)需求調(diào)節(jié)其性能，為深入研究材料的成分與性能之間的關(guān)系提供了新的技術(shù)路徑。

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研究亮點(diǎn)

1. 實(shí)驗(yàn)首次采用空間限制化學(xué)氣相傳輸策略合成高質(zhì)量二維多組分材料（2DMCMs），成功避免了相分離和成分不均勻，合成了十二種類型的過渡金屬磷硫化物及其合金（多達(dá)九種元素）。

2. 實(shí)驗(yàn)通過結(jié)合化學(xué)氣相傳輸和限制生長(zhǎng)空間的方法，成功實(shí)現(xiàn)了均勻且可控的氣相環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了選擇性橫向生長(zhǎng)，精確控制了合成材料的成分一致性，尤其是在高熵合金合成中，保證了成分的精確調(diào)控。

3. 實(shí)驗(yàn)通過合成的CuInP2S6材料，觀察到室溫鐵電性，表現(xiàn)為清晰的電滯回線和可切換的極化，表明合成的晶體質(zhì)量?jī)?yōu)良，且其鐵電性能可通過引入鎳雜原子進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

4. 實(shí)驗(yàn)還通過引入雜原子，成功調(diào)節(jié)了過渡金屬磷硫化物的反鐵磁性能，拓展了其在自旋電子學(xué)和多功能器件中的應(yīng)用潛力。

圖文解讀

圖1.通過化學(xué)氣相輸運(yùn)法（SCCVT）的合成機(jī)制及生長(zhǎng)過程。

圖2.直接合成的二維TMPCs及其合金的化學(xué)分析。

圖3.一種九元高熵合金NiaFebMncIndCoeZnfPSgSe3?g的結(jié)構(gòu)表征及成分一致性。

圖4.通過該方法合成的單晶的物理性質(zhì)。

結(jié)論展望

本研究提出了一種全新的空間限制化學(xué)氣相傳輸策略，通過精準(zhǔn)控制二維多組分材料（2DMCMs）的合成環(huán)境，成功避免了傳統(tǒng)合成方法中常見的相分離和成分不均勻問題。這一方法不僅提高了材料的質(zhì)量和一致性，還能實(shí)現(xiàn)高熵合金等復(fù)雜化學(xué)計(jì)量材料的精確合成，為二維材料的研究提供了新的視角。此外，實(shí)驗(yàn)通過對(duì)CuInP2S6材料的研究，揭示了其室溫鐵電性及其對(duì)鎳雜原子的響應(yīng)，為二維材料在鐵電性能和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的道路。更重要的是，利用該策略調(diào)節(jié)過渡金屬磷硫化物的反鐵磁性能，展示了通過成分調(diào)控來實(shí)現(xiàn)功能調(diào)節(jié)的巨大潛力。因此，該方法不僅拓展了二維材料的合成與調(diào)控手段，也為探索成分–性能關(guān)系及其物理機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，推動(dòng)了二維多組分材料在各類新型電子和磁性器件中的應(yīng)用發(fā)展。

文獻(xiàn)信息

Que, H., Li, B., Sun, L. et al. Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys. Nat. Synth (2025).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2025/02/12/3fed843c38/

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