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第一作者： 梅亮，高瞻，杨锐捷，张震
通讯作者：曾志远，于欣格，李巨，谷猛
通讯单位：香港城市大学，麻省理工学院，东方理工大学
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s44160-024-00679-2
摘要
本研究通过电化学锂离子插层策略，实现了二维过渡金属硫族化合物（TMDs）中WS2的相切换制备。通过精确控制放电电流密度和截止电压，我们能够制备出纯相的半导体2H相WS2双层或半金属1T'相WS2单层。这一发现不仅揭示了锂离子插层过程中的相变机制，而且为溶液可处理的2D材料的相工程提供了新的方法，对电子器件领域具有重要意义。
研究成果
香港城市大学曾志远教授等人在《Nature Synthesis》上发表了题为“Phase-switchable preparation of solution-processable WS2 mono- or bilayers”的论文，研究团队通过控制放电电流密度和截止电压，成功实现了2H相和1T'相WS2纳米片的相切换制备。在小放电电流密度（0.005 A g-1，截止电压0.9 V）下，得到了纯的半导体2H相WS2双层；而在大放电电流密度（0.02 A g-1，截止电压0.7 V）下，主要得到了半金属1T'相WS2单层。通过冷冻电子显微镜、环形暗场扫描透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等技术，研究了相切换机制，并展示了这些2D WS2在湿度传感器中的应用，显示出相依赖的湿度感应性能。
论文亮点
1.相切换制备技术：通过精确控制电化学锂离子插层参数，实现了WS2纳米片的相切换，这是制备溶液可处理2D TMDs的重要突破。
2.纯相WS2纳米片：成功制备了纯相的2H相WS2双层和1T'相WS2单层，这对于研究材料的本征性质和应用开发具有重要意义。
3.相变机制的阐明：通过多种表征技术，揭示了锂离子插层过程中的相变机制，为2D材料的相控制提供了理论基础。
4.应用展示：展示了2D WS2在湿度传感器中的应用，证明了相切换技术的实际应用潜力。
图文导读
图1：通过可控电化学锂插层法制备2H-和1T'-WS2纳米片的示意图
图2：通过冷冻透射电镜和高分辨率透射电镜等技术揭示的锂离子插层WS2的相变机制。
图3：基于2H-和1T'-WS2纳米片的湿度传感器在不同相对湿度下的电流响应，展示了其快速响应和恢复能力。
结论
本研究不仅在实验上实现了对WS2材料的相可控制备，而且通过深入的表征和理论计算，揭示了相变机制，为2D TMDs的相工程和应用提供了新的思路。此外，所制备的2D WS2材料在湿度传感器中的应用展示了其在实际器件中的潜力，为未来电子技术的发展提供了新的方向。
作者简介
曾志远，香港城市大学副教授，博士生导师。2006年，2008年和2013年分别在中南大学，浙江大学和新加坡南洋理工大学获得材料学的学士，硕士和博士学位。2013-2017在美国加州Lawrence Berkeley National Laboratory从事博士后科学研究。2017-2019在美国加州硅谷Applied Materials Inc.从事半导体芯片（DRAM, 3D NAND）的等离子体刻蚀（Plasma Etching）工艺研发，历任工程师、高级工程师，2019年加入香港城市大学材料科学与工程学院，2023年加入城大海洋污染国家重点实验室成为研究员。现主要从事二维TMDs材料的电化学插层剥离技术、膜分离技术、原位液相透射电镜技术等研究。在Nat. Mater., Nat. Rev. Chem., Nat. Synth., Nat. Protoc., Nat. Water,Nat. Commun., Chem. Soc. Rev., Matter, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., etc.等杂志共发表SCI论文161篇（115篇IF>10），他引23841次，单篇引用100次以上论文49 篇, H 因子65 (Google Scholar)。2024年获香港大学教育资助委员会（University Grants Committee）新进学者协作研究补助金 (Young Collaborative Research Grant，483万港币)，2018年曾获“国家高层次青年人才”，曾任美国电化学协会旧金山分会秘书长（2014-2015）。2023，2022，2020，2018四年度被科睿唯安（Clarivate Analytics）评为“高被引科学家”。2024, 2023，2022，2021, 2020五年度入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单（World's Top 2% Most-cited Scientists）。2022年分别获Advanced Materials（影响因子30.85），Small（影响因子13.3）科技新星（Rising Star Series）称号，2021，2020年分别获Chemical Communications，Journal of Materials Chemistry A 新锐科学家（Emerging Investigators）称号，现任Scientific Reports - Nature (IF: 3.8)，Energy & Environmental Materials (影响因子15.122),《电化学》(主编：孙世刚院士)，Chinese Chemical Letters等杂志的编委或青年编委。
于欣格，香港青年科学院院士。香港城市大学生物医学工程系副教授、博导，香港城大-中科院 机器人联合实验室副主任，香港心脑血管健康工程研究中心协理副主任。2023香港RGC Research Fellow 获得者。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（港澳）。《麻省理工科技评论》创新35人、IEEE纳米医学发明家、MINE青年科学家、日内瓦国际发明展金奖等奖项获得者。研究方向为新型柔性电子在生物医疗领域以及智能触觉VR中的应用。在Nature、Nature Materials、Nature Biomedical Engineering等期刊发表论文160余篇。
李巨，毕业于中国科技大学少年班，美国青年科学家大奖获得者 [2]，美国科学促进会会士、美国材料研究学会会士，麻省理工学院正教授。致力于材料性质的多尺度计算研究。
谷猛，教授。2008年毕业于上海交通大学材料科学与工程专业；2011年获美国加州大学戴维斯分校材料科学与工程专业博士学位；2015年荣获美国电镜学会Albert CREWE Award奖项。2019年获得深圳市青年科技奖。2022、2023年均获年度全球“高被引科学家”（科睿唯安Clarivate Highly Cited Researchers）。 主要从事能源材料科学研究,研究领域包括动力电池储能材料及基于冷冻电镜及原位透射电镜研究储能器件的合成和机理分析、原位透射电镜研究催化剂等几个方面。研究方向和领域以材料科学为核心，涉及能源存储材料的研究(锂离子电池、钠离子电池、固态电池、液流电池),利用生长多功能氧化物薄膜、三维立体电镜元素分析及原位透射电子显微镜技术，主攻能源材料的研发。共发表文章253篇。
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