一种新型”金属”二维材料：钼烯的能力超越了石墨烯

研究人员开发出了一种名为”molybdenene”的新型二维材料。这种材料由单原子层的钼原子组成，因其金属特性而与众不同。石墨烯等二维材料具有超导性、超强强度和奇异的量子现象等迷人特性。现在，尤里希研究中心的科学家与印度巴特那理工学院和澳大利亚纽卡斯尔大学的合作伙伴一起，创造出了一种具有金属特性的特殊材料。它仅由一层钼原子组成，也被称为”钼烯”。

科学家们推出了一种独特的二维金属材料”molybdenene”。钼具有令人印象深刻的耐热性和提高电池性能的潜力，在原子显微镜和光谱学应用方面也大有可为。荣誉与版权： Sahu, T.K., Kumar, N., Chahal, S. 等人，Nat. Nanotechnol. (2023), https://doi.org/10.1038/s41565-023-01484-2 (CC by 4.0)

与石墨烯的比较

科学家们成功地制造出了只有一个原子层厚的金属钼薄片。因此，这种新材料的厚度与石墨烯相似，而石墨烯可能是最著名的二维材料。后者由碳组成，于 2004 年首次分离出来。这一发现引起了极大关注，因为石墨烯的导电性和导热性远远优于铜，其稳定性是钢的 100 倍。同时，石墨烯还特别轻巧灵活。由于其特殊的二维结构，石墨烯还表现出一些不寻常的电磁效应，可以在量子技术领域实现突破性创新。

包含钼薄层的毛发状结构（也称为”须”）的电子显微镜图像。图片来源与版权：Sahu, T.K： Sahu, T.K., Kumar, N., Chahal, S. 等人，Nat. Nanotechnol. (2023), https://doi.org/10.1038/s41565-023-01484-2 (cc by 4.0)

钼烯的独特性

近年来，磷烯或锗烯等其他二维材料相继问世。与钼烯一样，它们也表现出一些令人印象深刻的特性，但后者在某些方面仍有别于其他二维材料。”许多二维材料对热敏感，但钼烯却不敏感。此外，这是第一种可以制备出独立层的金属二维材料”，尤利希研究中心彼得-格伦贝格研究所（PGI-7）的 Ilia Valov 教授解释说。

钼表面的高分辨率电子显微镜图像。来源和版权： Sahu, T.K., Kumar, N., Chahal, S. 等人，Nat. Nanotechnol. (2023), https://doi.org/10.1038/s41565-023-01484-2 (CC by 4.0)

创造与潜在应用

研究人员利用微波将硫化钼（MoS2）和石墨烯的混合物在约 3000 摄氏度的高温下加热至炽热状态，从而创造出了这种新型二维材料。在微波电场驱动的反应中，形成了细枝状的毛发结构，也被称为”须”，其中可以找到锥形的钼层。

在首次试验中，科学家们已经观察到各种有用的特性。”钼在机械性能上非常稳定。例如，它可以用作电极涂层，使电池更加强大和坚固，”伊利亚-瓦洛夫解释说。研究人员预计，由于其特殊的二维结构，这种材料还具有类似石墨烯的奇特电子特性。由于其金属特性，它还具有自由移动的电子。这些电子聚集在亚钼的两个侧面，使这种材料成为加速化学反应的催化剂的有趣候选材料。

在微波（左）中形成的钼的发状结构（右）。来源和版权： Sahu, T.K., Kumar, N., Chahal, S. 等人，Nat. Nanotechnol. (2023), https://doi.org/10.1038/s41565-023-01484-2 (CC by 4.0)

实际应用与合作

通过与印度巴特那理工学院和澳大利亚纽卡斯尔大学合作，研究人员已经能够开发出钼烯的实际科学应用。由于其稳定性和出色的导电性和导热性，它非常适合作为原子力显微镜（AFM）和表面增强 RAMAN 光谱（SERS）的测量尖端。初步样品记录显示，与现有的针尖材料相比，钼具有各种优势，而且由于其形状薄而扁平，能够很好地防止不必要的干扰信号。