锂插层揭秘二维材料相变，宏量制备还炼出柔性热电新材料 | NSR

二维过渡金属硫族化合物（TMDs）是材料界的 “百变选手”，凭借丰富晶相和相态专属特性，在电子、光电、能源转换等领域大显身手。锂插层技术是调控其晶相、实现高效剥离的 “核心法宝”，但长期以来研究仅聚焦少数 Ⅵ 族 TMDs，大量 Ⅳ-Ⅴ 族材料的锂插层相演化规律成谜，成为其从实验室走向产业化的 “拦路虎”。

为了摸清不同族 TMDs 的 “变形脾气”，团队挑选了 Ⅳ 族 TiS₂/ZrS₂、Ⅴ 族 NbS₂/VS₂/TaS₂、Ⅵ 族 MoS₂ 作为研究对象，用原位表征技术 “全程跟拍” 锂插层过程中的结构动态变化，打破了传统认知中只有 2H→1T/1T' 一种相变的局限，发现了四类全新的 “变形模式”：TiS₂/ZrS₂ 插层时超 “专一”，稳守 1T 相不改变；NbS₂ 走 “温和路线”，从 2H 相变为 3R 相，只调整层的堆叠方式；VS₂/TaS₂ 的 “变形路” 最复杂，从 1T 相经多个中间相最终变为 2H 相；就连研究最成熟的 MoS₂，团队也精准找到了它的相变起始点和完成点，为定量调控相态提供了精准依据。

Ⅳ-Ⅵ 族TMDs的结构相演化“全景导航图”

锂离子插层过程中Ⅳ-Ⅵ 族TMDs的原位X 射线衍射图谱

锂离子插层过程中Ⅳ-Ⅵ 族TMDs的原位拉曼图谱

更有意思的是，团队还发现 TMDs 在锂插层后的剥离过程中，还会上演 “二次变形”。这意味着剥离时的化学作用、机械应力、局部热效应，都会进一步影响材料的晶相结构，这一发现为精准调控材料相态打开了全新思路。

团队从结构、能量、电子分布三个维度，揭开了锂插层诱导相变的普适规律：材料会择优选择结构更稳定的晶相，锂插层会降低相变 “门槛”，锂原子的电子转移还会触发晶相转变，这一解析如同为科研人员配备了 “相态预测仪”。

锂插层对TMDs结构相变的影响（晶相相对能量差，晶相相变的活化能垒）

基于这一规律，团队结合十多年技术积累，优化出温和电化学插层剥离策略，成功实现 Ⅳ-Ⅵ 族 TMDs 原子级薄片宏量制备。制备的纳米薄片分散性好、相结构可控，兼容多种沉积工艺，彻底摆脱了传统方法效率低、规模小的短板，为二维材料规模化器件集成打下核心基础。

电化学锂插层辅助剥离制备的TMD纳米片分散液

技术的价值，最终要落到实际应用上。团队以 TiS₂ 为模型材料，制备出直径 10cm 的柔性 TiS₂ 纳米片薄膜，这款薄膜不仅柔韧性拉满、自带金属光泽，室温电导率更是达到 427 S・cm^-1，是已报道同类材料的 2-4 倍，功率因子也表现亮眼。

10cm 的柔性 TiS₂ 纳米片薄膜

在此基础上，团队将这款 n 型 TiS₂ 薄膜与 p 型 Bi_0.4Sb_1.6Te₃ 薄膜结合，组装出 8 腿柔性热电发电机。这款 “黑科技” 器件实力不俗：在 53K 温差下，最大功率密度达 458.6 W・m^-2，开路电压会随热端温度线性增长，在 30K 温差下连续工作 6 小时，电压几乎没有衰减，界面电阻仅导致 8% 的功率损失，展现出超强的稳定性和实际应用潜力，为可穿戴电子设备的自供电提供了全新解决方案。

基于柔性 TiS₂ 纳米片薄膜的柔性热电发电机（FTEG）

此次研究填补了 Ⅳ-Ⅴ 族 TMDs 相工程化的知识空白，宏量制备技术更打破了实验室小批量制备与工业化生产的技术壁垒。未来，这一成果有望推动二维材料在电子、热电、储能等领域的产业化发展，让材料界的 “百变选手” 真正走进日常生活。