在CrX3（X = I, Br, Cl）中發(fā)現(xiàn)的本征磁序，因其在自旋電子器件中的潛在應(yīng)用而引起了廣泛關(guān)注。然而，眾所周知，這類(lèi)材料在環(huán)境條件下的不穩(wěn)定性使其器件的制造和實(shí)際應(yīng)用極具挑戰(zhàn)性。近日，新加坡國(guó)立大學(xué)呂炯教授、Maciej Koperski教授、Alexandra Carvalho和Magdalena Grzeszczyk團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)地研究CrX3家族中最受關(guān)注的CrI3的降解化學(xué)，獲取了其降解化學(xué)的新見(jiàn)解，從而找到了有效的化學(xué)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定策略。

近年來(lái)出現(xiàn)的二維范德華磁性材料不僅為探索極限二維條件下新穎的自旋物理提供了讓人激動(dòng)人心的材料平臺(tái)，還展示了其在自旋電子應(yīng)用方面的巨大前景。在最近出現(xiàn)的范德華磁性材料中，CrI3因其長(zhǎng)程鐵磁有序和可調(diào)制的層間磁耦合而成為了薄層磁性材料中被研究的最為廣泛的磁性體之一。然而，薄層CrI3在環(huán)境條件下的快速降解是目前基礎(chǔ)研究和未來(lái)實(shí)際應(yīng)用的最主要障礙。薄層CrI3薄片在空氣中的降解速度相比其他空氣敏感的二維材料（例如：磷烯、NbSe2、InSe、CrGeTe3等）快得多，完全降解僅需數(shù)分鐘。深入研究CrI3的降解化學(xué)過(guò)程將對(duì)發(fā)展有效的穩(wěn)定策略至關(guān)重要，盡管已付出了較大努力，但其復(fù)雜的降解化學(xué)仍然讓人難以捉摸。目前，CrI3的有效穩(wěn)定手段僅限于復(fù)雜的物理封裝方法，而進(jìn)一步開(kāi)發(fā)類(lèi)似于已被廣泛用于其他環(huán)境敏感二維材料的簡(jiǎn)便、普適化學(xué)穩(wěn)定手段具有重要意義。

因此，作者設(shè)計(jì)了一個(gè)全面的研究來(lái)揭示薄層CrI3納米片在不同條件下的降解化學(xué)，由此獲得的新結(jié)論啟發(fā)了他們，應(yīng)用了一種新的有效策略穩(wěn)定CrI3。結(jié)果表明，在(無(wú))光照射下，CrI3納米片在純水中會(huì)發(fā)生光加速的準(zhǔn)一級(jí)水解反應(yīng)，生成無(wú)定形Cr(OH)3和HI，反應(yīng)速率常數(shù)為（0.63/天）0.71/天。類(lèi)似地，在無(wú)光照條件下，CrI3在純氧環(huán)境下發(fā)生光加速的準(zhǔn)一級(jí)氧化反應(yīng)，生成CrO3和I2，反應(yīng)的速率常數(shù)更大，為4.2/天。CrI3在環(huán)境中的超快降解便起源于所發(fā)生的水解和氧化反應(yīng)。這些新的信息指導(dǎo)作者采用有機(jī)酸作為保護(hù)溶劑的新策略來(lái)穩(wěn)定CrI3納米片。由于抑制了水解和表面氧化反應(yīng)，CrI3納米片在甲酸中可以保持穩(wěn)定長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月以上。他們的工作不僅為CrI3的降解化學(xué)提供了新的認(rèn)識(shí)，而且為CrI3的化學(xué)穩(wěn)定提供了一條有效的新途徑，也可用于保護(hù)其他環(huán)境敏感二維磁性材料。

圖1. CrI3在空氣和水中的降解行為

圖2. CrI3在水中的降解過(guò)程

圖3. CrI3在氧氣中的降解過(guò)程

圖4. CrI3與氧分子的DFT計(jì)算

圖5. 有機(jī)酸中穩(wěn)定CrI3

圖6. CrI3穩(wěn)定的磁光響應(yīng)

這一成果近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上，文章的第一作者是張?zhí)┿懖┦俊?/span>

原文（掃描或長(zhǎng)按二維碼，識(shí)別后直達(dá)原文頁(yè)面）：

Degradation Chemistry and Kinetic Stabilization of Magnetic CrI3

Taiming Zhang, Magdalena Grzeszczyk*, Jing Li, Wei Yu, Haomin Xu, Peng He, Liming Yang, Zhizhan Qiu, HuiHui Lin, Huimin Yang, Jian Zeng, Tao Sun, Zejun Li, Jishan Wu, Ming Lin, Kian Ping Loh, Chenliang Su, Kostya S. Novoselov, Alexandra Carvalho*, Maciej Koperski*, and Jiong Lu*

J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.1c08906

呂炯博士簡(jiǎn)介

2007年本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，2011年獲新加坡國(guó)立大學(xué)獲化學(xué)博士學(xué)位；2011-2014年間在新加坡國(guó)立大學(xué)化學(xué)系, 美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校物理系從事博士后研究。現(xiàn)為新加坡國(guó)立大學(xué)化學(xué)系副教授，博士生導(dǎo)師。課題組主要利用新一代掃描隧道顯微并結(jié)合原子力顯微技術(shù)，從事單分子，單元子，低維材料的物理化學(xué)性質(zhì)研究。在此基礎(chǔ)上，同時(shí)發(fā)展了掃描探針顯微技術(shù)直接用于研究單分子，二維材料相關(guān)器件，并實(shí)現(xiàn)了精確調(diào)控單分子的電荷和自旋及其二維材料能帶和激子效應(yīng)。課題組也致力于研究發(fā)展基于二維材料載體，原子級(jí)精確的單元子和單團(tuán)簇新型催化劑。入選英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)《J. Mater. Chem. A》新銳科學(xué)家, NUS Faculty 青年科學(xué)家 (2021), 最近一系列工作入選美國(guó)化學(xué)會(huì) 《J. Am. Chem. Soc》Early Career Investigators (2021), 《J. Am. Chem. Soc》讀者特選獎(jiǎng) (Readers' pick)。近幾年已發(fā)表20多篇Nature/Science 子刊，Nature Materials （2）, Nature Nanotechnology （3）, Nature Electronics (1) Nature Communication (13), Science Advance (3).

https://www.x-mol.com/university/faculty/65871

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