近年来，材料科学的进展使得二维材料受到广泛关注，这归功于它们独特的物理、化学和电子特性。二维材料在能量储存、半导体和能量转换等多种应用中展示了巨大的潜力，为此已经开发了多种合成二维材料的策略。这些方法主要分为两大类：一类是自上而下的方法，包括液体或机械剥离；另一类是自下而上的方法，包括化学气相沉积或范德华外延等技术。其中，拓扑化学转化已成为一种有效的二维材料制造方法，能够精确控制其成分和形貌。拓扑化学转化利用二维平面内的固态反应，将前驱体转化为高精度的层状结构。拓扑化学合成的独特之处在于其能够生产高纯度、大质量且具有可控相组成的材料，从而为二维材料的合成开辟了新途径，并保持了层状结构的完整性。

在本研究中，作者采用了一种创新且高效的拓扑化学合成策略，利用受限反应空间大规模制备了超薄二维Sn₄P₃纳米片。通过在Sn/Al箔加工过程中精确调整轧制次数，成功制备了具有不同层厚的Sn₄P₃纳米片，最低厚度达到了约两层（~2.2 nm）。值得注意的是，双层Sn₄P₃纳米片表现出卓越的初始容量，为1088 mAh·g⁻¹，接近理论值（1230 mAh·g⁻¹）。此外，还展现了其优异的高倍率性能以及出色的循环寿命，容量在超过3000次循环后仍保持稳定不衰减。通过精确控制层厚度并确保纳米级均匀性，显著提升了Sn₄P₃的锂循环性能，这标志着在推动其实际应用开发方面取得了重要进展。

图1. 2D Sn₄P₃纳米片合成过程示意图

图2. 2D Sn₄P₃纳米片形貌及结构表征

图 3. 2D Sn₄P₃纳米片晶体结构及元素成分分析表征

图 4. 2D Sn₄P₃纳米片电化学储锂性能表征

图 5. 2D Sn₄P₃纳米片电化学储锂动力学表征及分析

顾佳男：博士，华北电力大学副教授，硕士生导师。研究方向：新型超薄二维材料（MXenes、石墨烯）、单原子材料及其在锂离子电池、水系锌离子电池、电催化和光储一体化领域应用。主持博士后创新人才支持计划（结题）、第68批博士后面上项目（结题）、国家自然科学基金青年基金项目（在研），参与国自然面上项目、科技部重点研发项目等。共发表SCI学术论文20余篇，引用次数1800余次，其中第一作者和通讯作者论文10余篇，包括ACS Nano， Adv. Energy Mater.和Adv. Funct. Mater.等，取得了一系列科研成果。

李美成：教授、博士生导师，Email: mcli@ncepu.edu.cn。研究方向：太阳电池及太阳能综合利用技术；锂/钠离子电池及新型储能技术；微能源及智慧能源系统等。华北电力大学新能源学院院长，享受国务院政府特贴。国家“万人计划”科技领军人才，教育部科技委学部委员，科技部中青年科技创新领军人才，教育部高等学校教学指导委员会委员，首都百名科技领军人才。在Nature Energy、Joule、Advanced Materials等国内外期刊发表论文300余篇；获中国和美国专利授权60项，软件著作权5项，中英文编著8本。以第一完成人获省自然科学一等奖、教育部自然科学二等奖、北京市科技奖等科技奖6项。2019年获“电力科技创新大奖”，入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家2020, 2022年榜单（World's Top 2% Scientists），2021年获“电力科技成果‘金苹果奖’一等奖”，2022年获中国可再生能源学会技术发明一等奖。国家科技奖评审专家，IEEE PES能源发展与发电技术委员会副主席、储能材料与器件技术分委会主席，中国可再生能源学会常务理事、光伏专委会副主任；中国能源研究会智慧能源与产业零碳化发展专业委员会副主任；中国高科技产业化研究会常务理事、新能源与碳中和专业委员会主任。

Gu J, Zhang Y, Fan B, et al. Layer-controlled 2D Sn₄P₃ via space-confined topochemical transformation for enhanced lithium cycling performance. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6915-8.