Skip to main content
Log in

Intercalation-assisted Exfoliation Strategy for Two-dimensional Materials Preparation

  • Review
  • Published:
Chemical Research in Chinese Universities Aims and scope

Abstract

Controlled large-quantity synthesis of two-dimensional materials is vital for the research on their physical and chemical characters and potential applications. Utilizing structural features of layered compounds, intercalation of molecules or ions can be applied to the acceleration of liquid-phase exfoliation. In this review, we aim at recent progress on synthesis of two-dimensional materials via intercalation-assisted exfoliation strategy. Works on wet chemical intercalation and electrochemical intercalation, together with product exfoliation afterwards, are summarized. Furthermore, the features and advantages of intercalation-assisted exfoliation strategy for two-dimensional materials synthesis are discussed.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. Das Sarma S., Adam S., Hwang E. H., Rossi E., Rev. Mod. Phys., 2011, 83(2), 407

    Article  CAS  Google Scholar 

  2. Mak K. F., Lee C., Hone J., Shan J., Heinz T. F., Phys. Rev. Lett., 2010, 105(13), 136805

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  3. Ithurria S., Tessier M. D., Mahler B., Lobo R., Dubertret B., Efros A., Nat. Mater., 2011, 10(12), 936

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  4. Li L. K., Ye G. J., Tran V., Fei R. X., Chen G. R., Wang H. C., Wang J., Watanabe K., Taniguchi T., Yang L., Chen X. H., Zhang Y. B., Nat. Nanotech., 2015, 10(7), 608

    Article  CAS  Google Scholar 

  5. Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Katsnelson M. I., Grigorieva I. V., Dubonos S. V., Firsov A. A., Nature, 2005, 438(7065), 197

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  6. Hwang E. H., Adam S., Das Sarma S., Phys. Rev. Lett., 2007, 98(18), 186806

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. Rao C. N. R., Sood A. K., Subrahmanyam K. S., Govindaraj A., Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48(42), 7752

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. Frindt R., Phys. Rev. Lett., 1972, 28(5), 299

    Article  CAS  Google Scholar 

  9. Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S. V., Grigorieva I. V., Firsov A. A., Science, 2004, 306(5696), 666

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  10. Huang B., Clark G., Navarro-Moratalla E., Klein D. R., Cheng R., Seyler K. L., Zhong D., Schmidgall E., McGuire M. A., Cobden D. H., Yao W., Xiao D., Jarillo-Herrero P., Xu X. D., Nature, 2017, 546(7657), 270

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  11. Coleman J. N., Lotya M., O’Neill A., Bergin S. D., King P. J., Khan U., Young K., Gaucher A., De S., Smith R. J., Shvets I. V., Arora S. K., Stanton G., Kim H. Y., Lee K., Kim G. T., Duesberg G. S., Hallam T., Boland J. J., Wang J. J., Donegan J. F., Grunlan J. C., Moriarty G., Shmeliov A., Nicholls R. J., Perkins J. M., Grieveson E. M., Theuwissen K., McComb D. W., Nellist P. D., Nicolosi V., Science, 2011, 331(6017), 568

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  12. Smith R. J., King P. J., Lotya M., Wirtz C., Khan U., De S., O’Neill A., Duesberg G. S., Grunlan J. C., Moriarty G., Chen J., Wang J. Z., Minett A. I., Nicolosi V., Coleman J. N., Adv. Mater., 2011, 23(34), 3944

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  13. Zheng J., Zhang H., Dong S. H., Liu Y. P., Nai C. T., Shin H. S., Jeong H. Y., Liu B., Loh K. P., Nat. Commun., 2014, 5, 2995

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  14. Joensen P., Frindt R. F., Morrison S. R., Mater. Res. Bull., 1986, 21(4), 457

    Article  CAS  Google Scholar 

  15. Dresselhaus M. S., Intercalation in Layered Materials, Springer, Boston, 2013

    Google Scholar 

  16. Feng J., Sun X., Wu C. Z., Peng L. L., Lin C. W., Hu S. L., Yang J. L., Xie Y., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133(44), 17832

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Guan G. J., Zhang S. Y., Liu S. H., Cai Y. Q., Low M., Teng C. P., Phang I. Y., Cheng Y., Duei K. L., Srinivasan B. M., Zheng Y. G., Zhang Y. W., Han M. Y., J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(19), 6152

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  18. Jeong S., Yoo D., Ahn M., Miro P., Heine T., Cheon J., Nat. Commun., 2015, 6, 5763

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  19. Hummers W. S., Offeman R. E., J. Am. Chem. Soc., 1958, 80(6), 1339

    Article  CAS  Google Scholar 

  20. Chen J., Yao B. W., Li C., Shi G. Q., Carbon, 2013, 64, 225

    Article  CAS  Google Scholar 

  21. Geng X. M., Guo Y. F., Li D. F., Li W. W., Zhu C., Wei X. F., Chen M. L., Gao S., Qiu S. Q., Gong Y. P., Wu L. Q., Long M. S., Sun M. T., Pan G. B., Liu L. W., Sci. Rep., 2013, 3, 1134

    Article  PubMed  PubMed Central  CAS  Google Scholar 

  22. Ding Y. J., Chen Y. P., Zhang X. L., Chen L., Dong Z. H., Jiang H. L., Xu H. X., Zhou H. C., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139(27), 9136

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  23. Matte H., Gomathi A., Manna A. K., Late D. J., Datta R., Pati S. K., Rao C. N. R., Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49(24), 4059

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. Fan X. B., Xu P. T., Zhou D. K., Sun Y. F., Li Y. G. C., Nguyen M. A. T., Terrones M., Mallouk T. E., Nano Lett., 2015, 15(9), 5956

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  25. Cullen P. L., Cox K. M., Bin Subhan M. K., Picco L., Payton O. D., Buckley D. J., Miller T. S., Hodge S. A., Skipper N. T., Tileli V., Howard C. A., Nat. Chem., 2017, 9(3), 244

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  26. Peng J., Wu J. J., Li X. T., Zhou Y., Yu Z., Guo Y. Q., Wu J. C., Lin Y., Li Z. J., Wu X. J., Wu C. Z., Xie Y., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139(26), 9019

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  27. Fan X. B., Xu P. T., Li Y. C., Zhou D. K., Sun Y. F., Nguyen M. A. T., Terrones M., Mallouk T. E., J. Am. Chem. Soc., 2016, 138(15), 5143

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  28. Zeng Z. Y., Yin Z. Y., Huang X., Li H., He Q. Y., Lu G., Boey F., Zhang H., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50(47), 11093

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. Azhagurajan M., Kajita T., Itoh T., Kim Y. G., Itaya K., J. Am. Chem. Soc., 2016, 138(10), 3355

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  30. Duerloo K. A. N., Li Y., Reed E. J., Nat. Commun., 2014, 5, 4214

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  31. Li Y., Duerloo K. A. N., Wauson K., Reed E. J., Nat. Commun., 2016, 7, 10671

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  32. Yu Y. F., Nam G. H., He Q. Y., Wu X. J., Zhang K., Yang Z. Z., Chen J. Z., Ma Q. L., Zhao M. T., Liu Z. Q., Ran F. R., Wang X. Z., Li H., Huang X., Li B., Xiong Q. H., Zhang Q., Liu Z., Gu L., Du Y. H., Huang W., Zhang H., Nat. Chem., 2018, 10(6), 638

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  33. Cao X. H., Tan C. L., Zhang X., Zhao W., Zhang H., Adv. Mater., 2016, 28(29), 6167

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  34. Kang Y. M., Najmaei S., Liu Z., Bao Y. J., Wang Y. M., Zhu X., Halas N. J., Nordlander P., Ajayan P. M., Lou J., Fang Z. Y., Adv. Mater., 2014, 26(37), 6467

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  35. Acerce M., Voiry D., Chhowalla M., Nat. Nanotech., 2015, 10(4), 313

    Article  CAS  Google Scholar 

  36. Peng J., Liu Y. H., Luo X., Wu J. J., Lin Y., Guo Y. Q., Zhao J. Y., Wu X. J., Wu C. Z., Xie Y., Adv. Mater., 2019, 31(19), 1900568

    Article  CAS  Google Scholar 

  37. Nakamura S., Mukai T., Senoh M., Jap. J. Appl. Phys., 1991, 30(12A), L1998

    Article  CAS  Google Scholar 

  38. Koizumi S., Watanabe K., Hasegawa M., Kanda H., Science, 2001, 292(5523), 1899

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  39. Williams J., DiCarlo L., Marcus C., Science, 2007, 317(5838), 638

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  40. Wu J. J., Peng J., Zhou Y., Lin Y., Wen X. L., Wu J. C., Zhao Y. C., Guo Y. Q., Wu C. Z., Xie Y., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141(1), 592

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  41. Coker A., Lee T., Das T. P., Phys. Rev. B, 1980, 22(6), 2968

    Article  CAS  Google Scholar 

  42. Zhu Z. L., Cai X. L., Yi S. H., Chen J. L., Dai Y. W., Niu C. Y., Guo Z. X., Xie M. H., Liu F., Cho J. H., Jia Y., Zhang Z. Y., Phys. Rev. Lett., 2017, 119(10), 106101

    Article  PubMed  Google Scholar 

  43. Wu B. Z., Liu X. H., Yin J. R., Lee H., Mater. Res. Express, 2017, 4(9), 095902

    Article  CAS  Google Scholar 

  44. Wang Y., Qiu G., Wang R., Huang S., Wang Q., Liu Y., Du Y., Goddard W. A., Kim M. J., Xu X., Ye P. D., Wu W., Nat. Electron., 2018, 1(4), 228

    Article  Google Scholar 

  45. Gao Z. B., Tao F., Ren J., Nanoscale, 2018, 10(27), 12997

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  46. Wang Q. S., Safdar M., Xu K., Mirza M., Wang Z. X., He J., ACS Nano, 2014, 8(7), 7497

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  47. Liu Y. Y., Wu W. Z., Goddard W. A., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(2), 550

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  48. Peng J., Pan Y., Yu Z., Wu J. J., Wu J. C., Zhou Y., Guo Y. Q., Wu X. J., Wu C. Z., Xie Y., Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57(41), 13533

    Article  CAS  Google Scholar 

  49. Wu J. J., Peng J., Yu Z., Zhou Y., Guo Y. Q., Li Z. J., Lin Y., Ruan K. Q., Wu C. Z., Xie Y., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(1), 493

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  50. Lin C. W., Zhu X. J., Feng J., Wu C. Z., Hu S. L., Peng J., Guo Y. Q., Peng L. L., Zhao J. Y., Huang J. L., Yang J. L., Xie Y., J. Am. Chem. Soc., 2013, 135(13), 5144

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  51. Eda G., Yamaguchi H., Voiry D., Fujita T., Chen M. W., Chhowalla M., Nano Lett., 2011, 11(12), 5111

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  52. Park M. J., Gravelsins S., Son J., van der Zande A. M., Dhirani A., ACS Nano, 2019, 13(6), 6469

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  53. Peng J., Yu Z., Wu J. J., Zhou Y., Guo Y. Q., Li Z. J., Zhao J. Y., Wu C. Z., Xie Y., ACS Nano, 2018, 12(9), 9461

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  54. Zhang Y. Q., Dong N. N., Tao H. C., Yan C., Huang J. W., Liu T. F., Robertson A. W., Texter J., Wang J., Sun Z. Y., Chem. Mater., 2017, 29(15), 6445

    Article  CAS  Google Scholar 

  55. Lotya M., Hernandez Y., King P. J., Smith R. J., Nicolosi V., Karlsson L. S., Blighe F. M., De S., Wang Z. M., McGovern I. T., Duesberg G. S., Coleman J. N., J. Am. Chem. Soc., 2019, 131(10), 3611

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. Zhu P. N., Nair S., Peng S. J., Yang S. Y., Ramakrishna S., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4(2), 581

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  57. Smith R. J., King P. J., Lotya M., Wirtz C., Khan U., De S., O’Neill A., Duesberg G. S., Grunlan J. C., Moriarty G., Chen J., Wang J. Z., Minett A. I., Nicolosi V., Coleman J. N., Adv. Mater., 2011, 23(34), 3944

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  58. Su C., Yin Z. Y., Yan Q. B., Wang Z. G., Lin H. T., Sun L., Xu W. S., Yamada T., Ji X., Zettsu N., Teshima K., Warner J. H., Dinca M., Hu J. J., Dong M. D., Su G., Kong J., Li J., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2019, 116(42), 20844

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  59. Zeng Z. Y., Yin Z. Y., Huang X., Li H., He Q. Y., Lu G., Freddy B., Zhang H., Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50(47), 11093

    Article  CAS  Google Scholar 

  60. Lin Z. Y., Liu, Y., Udayabagya H., Ding M. N., Liu Y. Y., Wang Y. L., Jia C. C., Chen P., Duan X. D., Wang C., Song F., Li M. F., Wan C. Z., Huang Y., Duan X. F., Nature, 2018, 562, 254

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  61. Shi H. H., Li M. M., Nia A. S., Wang M. C., Park S., Zhang Z., Lohe M. R., Yang S., Feng X. L., Adv. Mater., 2020, 32(8), 1907244

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. Yu W., Li J., Tun S. H., Wang Z. S., Zhao X. X., Chi X., Fu W., Ibrahim A., Zhou J., Dan J. D., Chen Z. X., Chen Z., Li Z. J., Lu J., Stephen J. P., Feng Y. P., Ding J., Kian P. L., Adv. Mater., 2019, 31(40), 1903779

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. Campeon B. D. L., Akada M., Ahmad M. S., Nishikawa Y., Gotoh K., Nishina Y., Carbon, 2020, 158, 356

    Article  CAS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Changzheng Wu.

Additional information

Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21925110, 21890751, 91745113, 11621063), the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(Nos.WK2060190084, WK2090050043, WK2340000088), the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences, China(No.XDB36000000), and the Users with Excellence Project of Hefei Science Center, China(No. 2018HSC-UE002).

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Zhao, Y., Su, Y., Guo, Y. et al. Intercalation-assisted Exfoliation Strategy for Two-dimensional Materials Preparation. Chem. Res. Chin. Univ. 36, 518–524 (2020). https://doi.org/10.1007/s40242-020-0159-2

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s40242-020-0159-2

Keywords

Navigation