二维多组分材料（2DMCMs）是指由两种或多种元素组成的二维材料，因其在电子、光学、热学等方面具有独特的性能，成为了研究热点。尤其是在能源存储、传感器、催化等领域的潜在应用，使得二维材料的多组分设计受到了广泛关注。然而，传统的二维多组分材料合成方法由于反应路径复杂且不稳定，常常导致相分离和成分不均匀，严重制约了其性能的稳定性与可控性。因此，如何实现二维多组分材料的高质量合成，并精确调控其成分，成为当前研究的难题。成果简介为了解决这一问题，北京航空航天大学宫勇吉教授团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys”的最新论文。第一作者为阙海峰，李泌轩为共同一作。团队提出了一种空间限制化学气相传输策略（CVDT），该方法能够在避免相分离和成分不均匀的情况下合成高质量的二维多组分材料。通过该策略，研究人员成功合成了十二种类型的过渡金属磷硫化物及其合金（多达九种元素），并实现了成分的精确控制。该方法的核心优势在于结合了化学气相传输与限制生长空间，能够实现均匀且可控的气相环境，从而实现选择性横向生长，并确保了高熵合金的组成一致性。实验结果表明，所合成的CuInP2S6展现出室温铁电性，并且通过引入镍杂原子，材料的铁电性能和反铁磁性能都可以进一步调节。这些成果表明，采用该策略合成的二维多组分材料不仅具有高质量的晶体结构，还能够根据需求调节其性能，为深入研究材料的成分与性能之间的关系提供了新的技术路径。研究亮点1. 实验首次采用空间限制化学气相传输策略合成高质量二维多组分材料（2DMCMs），成功避免了相分离和成分不均匀，合成了十二种类型的过渡金属磷硫化物及其合金（多达九种元素）。2. 实验通过结合化学气相传输和限制生长空间的方法，成功实现了均匀且可控的气相环境，并实现了选择性横向生长，精确控制了合成材料的成分一致性，尤其是在高熵合金合成中，保证了成分的精确调控。3. 实验通过合成的CuInP2S6材料，观察到室温铁电性，表现为清晰的电滞回线和可切换的极化，表明合成的晶体质量优良，且其铁电性能可通过引入镍杂原子进一步调节。4. 实验还通过引入杂原子，成功调节了过渡金属磷硫化物的反铁磁性能，拓展了其在自旋电子学和多功能器件中的应用潜力。图文解读图1.通过化学气相输运法（SCCVT）的合成机制及生长过程。图2.直接合成的二维TMPCs及其合金的化学分析。图3.一种九元高熵合金NiaFebMncIndCoeZnfPSgSe3−g的结构表征及成分一致性。图4.通过该方法合成的单晶的物理性质。结论展望本研究提出了一种全新的空间限制化学气相传输策略，通过精准控制二维多组分材料（2DMCMs）的合成环境，成功避免了传统合成方法中常见的相分离和成分不均匀问题。这一方法不仅提高了材料的质量和一致性，还能实现高熵合金等复杂化学计量材料的精确合成，为二维材料的研究提供了新的视角。此外，实验通过对CuInP2S6材料的研究，揭示了其室温铁电性及其对镍杂原子的响应，为二维材料在铁电性能和自旋电子学等领域的应用开辟了新的道路。更重要的是，利用该策略调节过渡金属磷硫化物的反铁磁性能，展示了通过成分调控来实现功能调节的巨大潜力。因此，该方法不仅拓展了二维材料的合成与调控手段，也为探索成分–性能关系及其物理机制提供了重要的实验依据，推动了二维多组分材料在各类新型电子和磁性器件中的应用发展。文献信息Que, H., Li, B., Sun, L. et al. Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00737-3
