在材料科學的廣袤領域中，二維材料一直是前沿研究的焦點。從 2004 年單層石墨烯的發現，如同在平靜湖面投入巨石，激起千層浪，二維材料家族迅速擴張，目前實驗可獲得的二維材料已達數百種。但長久以來，這些二維材料多局限在層狀材料體系，而占據材料世界重要地位的金屬，大多為非層狀材料，如何將金屬 “重塑” 為二維材料，成為科學界的一大難題。
二硫化鉬圖片
中國科學院的科研團隊在這一難題上取得了重大突破，而其中，看似平凡卻又無比神奇的二硫化鉬（MoS2），成為了解開謎題的關鍵鑰匙。
二維材料，因其僅具單個原子層或幾個原子層的厚度，在材料科學領域獨樹一幟。這一特殊的超薄結構，打破了傳統材料的固有模式，開啟了全新的探索維度。在凝聚態物理領域，二維材料宛如一把鑰匙，解鎖了低維度空間下量子力學的神秘寶箱。原子層的極致薄使得電子行為被重塑，其運動被局限于二維平面，電子間相互作用因此顯著增強，催生了量子霍爾效應等奇特現象。這些發現深化了對微觀物理規律的認知，為量子電子器件的創新筑牢根基。
材料科學方面，二維材料憑借原子級厚度帶來的超高比表面積，擁有遠超傳統材料的表面活性位點。這一特性使其在催化反應中能高效加快反應速率、精準把控選擇性，在氣體吸附上可迅速捕捉特定氣體分子，助力環境監測與氣體分離。正因二維材料在多領域展現出巨大潛力，已成為全球科研聚焦的前沿熱點，持續推動著科技的革新與進步。
研究人員表示，“不同于層狀材料，金屬材料的每個原子在任意方向均和周圍原子有強的金屬鍵相互作用。如果將層狀材料比作‘千層餅’，那么金屬材料就好比‘壓縮餅干’。因此，將金屬材料‘重塑’為二維材料，要比層狀材料難得多?！?/p>
單層二硫化鉬封裝的單層金屬鉍（圖源：中國科學院物理研究所）
在此次具有開創性的研究中，科研團隊巧妙地運用了二硫化鉬。他們先將金屬熔化，隨后利用團隊前期精心制備的高質量單層MoS2壓砧進行擠壓操作。這一創新性的方法，成功實現了多種二維金屬的普適制備，鉍、錫、鉛、銦和鎵等金屬在二硫化鉬的 “助力” 下，順利完成了從常規狀態到二維狀態的神奇轉變，厚度僅為頭發絲直徑的二十萬分之一。
據悉，中國科學院科研團隊制備的二維金屬材料不僅實現了橫向尺寸的大幅提升，而且具備良好的環境穩定性，在超1年的實驗測試中都未出現性能退化的情況。這一成果得到了國際學術期刊《自然》審稿人的高度認可，認為它有力地推動了二維金屬領域的科學研究，是二維材料研究領域的重大進展。
二維金屬材料具有廣闊的應用前景，有望推動超威型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等諸多領域的技術革新。而這一切成就的背后，二硫化鉬功不可沒。它憑借獨特的結構和性能，為金屬材料向二維結構的轉變提供了可能，成為了打開二維金屬材料新世界大門的關鍵力量。
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