Nano Letters: 双层石墨烯：制造新型夹层二维材料的模板!

这篇文章详细探讨了双层石墨烯（BLG）作为模板来制造和稳定新型封装的二维材料（2DMs）。介绍了BLG在稳定封装的单层材料和调节其性质方面的应用。发现BLG可以合成全新的2DMs，通过插层各种原子和分子。与块体石墨相比，BLG更容易插层，层间距增加更多，便于HR-TEM研究。

图1. 在透射电子显微镜网格上的双层石墨烯中制造新型二维材料或已知材料的非寻常空间受限相的方法的示意图。

引言

插层不同原子和分子到层状材料是材料科学中的一个研究前沿，与能量/离子存储和调节材料电子性质直接相关。特别提到了碱金属（AM）原子在石墨碳系统、无机层状材料及其异质结构中的插层和脱插层。

BLG的独特作用

• BLG的保护作用可以防止边缘稳定的2DMs在空气中分解，并且可以通过电子束促进材料的相变，从而获得全新的2D系统。
• 直接插层原子或分子物种，或离子注入到BLG中，可以形成新相。

制造2DMs的方法

• 直接插层：在室温或升高温度下将原子或分子物种直接插层到BLG中，随后在受限空间中进行化学反应。
• 离子注入：使用低能离子注入到BLG中，离子能量的选择至关重要。
• 材料沉积：在TEM网格上的单层石墨烯上沉积材料，然后形成“三明治”结构。
• 电压驱动：通过向系统施加电压，将AM原子驱动进入BLG。

相关研究

• 共价键合的无机2D材料：
  • 通过湿化学过程制造了单层CuI，通常这种材料只在645至675K的高温下以层状形式存在。
  • 使用相同的方法还制造了2D银碘化物（AgI）和镍碘化物（NiI2）晶体。

图2. 双层石墨烯片之间的无机二维材料。

• 2D金属氯化物：
  • 通过插层法在BLG中插层了MoClx，形成了MoCl3网络、MoCl2链和Mo5Cl10环。
  • 通过化学气相传输法在BLG中插层了金属和氯原子，观察到与典型块体形式不同的几个空间限制的2D AlCl3相。
• 2D金属：
  • 研究了Li和其他AM原子插入BLG的理论和实验。
  • 发现Li原子可以在BLG之间存储，而不是在外部表面。

图3. 锂结构位于双层石墨烯中。

挑战和机遇

• BLG作为一个平台，可以更容易地进行插层并增加层间分离。
• 提出了控制扭转角度的BLG，这会影响插层材料的行为。
• BLG的透明性使得可以通过TEM直接获得封装2DMs的原子结构信息。

文章强调了BLG在制造新型2DMs中的独特机会，包括调节系统性质以适应特定应用，如光子学、量子信息和能量存储。通过插层BLG，可以探索新的2D系统，这些系统具有独特的电子性质和不同结构的共存，为研究二维系统中的磁性、Klein隧穿等提供了平台。通过控制创造缺陷，可以为单光子发射器的发展开辟新途径。

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03654

Graphene Bilayer as a Template for Manufacturing Novel Encapsulated 2D Materials