利用tem确定晶体的晶格结构，对晶体结构的维数处理

除石墨烯之外的二维（2-D）层状材料的新发现一直引起极大关注，但在实验室中人工重建具有多组分（例如六方氮化硼）的蜂窝状原子晶格结构仍然具有挑战性。在一项发表在《科学进展》上的新研究中，Junseong Song及其在韩国能源科学，纳米结构物理，环境科学和材料科学系的同事们开发了一个前所未有的Zintl阶段结构。石墨烯的狄拉克物理学出现引发了对二维材料研究的爆炸性兴趣。

这些材料在电子，磁学，能量和化学中应用于量子物理学。目前，二维研究主要集中在少数二维材料上，这些材料含有从母体化合物剥离的单个或多个原子层，与二维原子晶体如硅氧烷相反。这可以将二维材料开发的方法限制为两种剥离和化学气相沉积方法。因此，非常希望扩展二维材料研究，以人工创造一种新的二维材料，采用新的合成方法，形成各种材料组。科学家通过铆接sp 2 -杂化的蜂窝状ZnSb层，并通过sp 3 -杂化的 3-D-ZnSb状态晶体结构的尺寸操作来构建材料。

该材料结合结构分析用理论计算以形成2- d-ZnSb的稳定和稳健层状结构。先前在Zintl家族的环境压力下未观察到这种二维多态性现象。因此，新研究提供了一种合理的设计策略，可以在各种化合物中搜索和创建新的二维层状材料。新结果将允许二维库的无限扩展及其相应的物理属性。在新材料发现中，晶体结构转变是一个被广泛认可的关键因素。其中温度 - 压力和静电掺杂引起的结构相变是探索新晶体结构或切换二维材料性质的核心。

例如，大多数过渡金属二硫属化物表现出多晶相变，以获得固有的多样性质，包括超导和拓扑状态。这种转变导致了有希望的应用，包括电子同质结，光子存储器件和催化能量材料。这些多晶型转变仅发生在相同二维的不同层状结构之间，并且在环境压力下仍保持在晶体结构的不同尺寸之间实现。为了达到最终晶体工程并改变多组化合物的结构尺寸，除了碳同素异形体之外，材料科学还是一个很有前途的前沿领域。

在目前研究中，通过在含有大量化学组成的 Zintl相中发现二维层状结构，建立了二维多态性。由于SP 2蜂窝结构二维的原子晶体，如石墨烯和六方氮化硼的杂化轨道键合，科学家们预期的二维构成津特耳相（具有SP 3杂化轨道键合）通过电子转移转换到sp2蜂窝结构，二维层状材料也是如此。作为一个概念验证，研究人员选择了三维斜方晶 ZnSb（3-D-ZnSb）Zintl相，并创造了前所未有的ZnSb（2-D-ZnSb）二维层状结构。

在新方法中，首先合成了层状AZnSb（2-D-AZnSb）三元化合物 ; 其中A是指Na，Li和K等碱金属。通过合金化转化3-D-ZnSb，材料含有ZnSb的层状结构，尽管这些相可以独立地合成。在两种不同技术中进行A离子的选择性蚀刻以产生2-D-ZnSb，包括（1）在去离子水结合溶液中的化学反应，和（2）在碱性电解质中的电化学离子蚀刻反应。通过首先将Li合金化为多晶3-D-ZnSb，然后进行Li离子蚀刻以形成二维ZnSb晶体来合成多晶和单晶二维LiZnSb中间基板。

科学家们使用剥离作为机械切割，很容易清洗Li蚀刻的二维ZnSb晶体，以显示二维材料的典型平面。为了理解制造过程的影响，使用X射线光电子能谱（XPS）测量来检查Li合金化和蚀刻对结构转变的作用，以揭示二维和三维晶体之间的差异。为进一步验证发现，使用X射线衍射光谱（XRD）图，透射电子显微镜（TEM）观察和扫描隧道电子显微镜（STEM）结合能量色散光谱（EDS）元素映射来确认二维ZnSb的原子结构。

基于这些结果，科学家将Zn-Zn和Sb-Sb原子之间的可拉伸层间距解释为弱层间键，并证实2-D-ZnSb可以作为层状材料剥离。在本研究中，新的二维ZnSb分层结构完成了在环境压力下Zintl相中二维多晶现象的首次发现。因此在二维ZnSb蜂窝晶格中，将三维ZnSb中的sp 3 -杂化键合状态控制为sp 2态。以前关于Zintl相中三维和二维结构之间的多晶型转变研究仅在高压下观察到。目前关于三维ZnSb和二维ZnSb之间的二维多晶现象结果。

强调了这种电子转移以转变晶体结构的潜力和广泛可用性。研究人员接下来研究了二维ZnSb多晶型物和二维LiZnSb晶体的电输运性质以及电子能带结构的第一性原理计算。与三维ZnSb的半导体性质相反，二维LiZnSb和二维ZnSb均显示金属传导行为。当降低温度时，二维LiZnSb和二维ZnSb的电迁移率增加到高于三维ZnS。科学家将观察到二维ZnSb的扩大，归功于增强的sp 2具有弱化层间相互作用的蜂窝结构层性质，形成半金属。

使用理论计算证实二维ZnSb可以机械剥离到双层中，以二维材料的能量稳定形式存在，而二维ZnSb单层在能量上是不利的。为了证明在二维LiZnSb形成过程中，二维ZnSb多晶型物的结构转变，科学家们在电化学反应过程中进行了同步加速器XRD。观察到对应于在纯二维LiZnSb形成时，三维ZnSb的Li合金化，然后是二维ZnSb的最终产物。在电化学反应期间，Li原子选择性地渗透到三维ZnSb中以破坏Zn-Sb和Sb-Sb键。

在电子转移水平，杂化键合状态从3-D-ZnSb中的sp 3变为2-D-LiZnSb中的sp 2，形成褶皱蜂窝晶格。基于Li合金化的二维LiZnSb转变的结果产生2-D-ZnSb产物，其不返回其三维形式。研究表明，一旦形成，层状二维ZnSb是具有蜂窝结构的稳定材料，验证了稳定的二维多晶型转变。科学家们预计新材料在可持续碱性离子电池中应用。这项研究提供了一个合理的设计战略，探索新的二维层状材料和解锁内息进一步性质的材料，如二维磁性，铁电，热电和拓扑状态进一步的应用。