莱斯大学James Tour实验室开发的这种级联闪蒸焦耳加热（FWF）的新方法，可以改变高质量固态材料的合成过程，提供一种更清洁、更快速、更可持续的制造工艺。

传统上，合成固态材料是一个耗时且能源密集的过程，通常伴随着有害副产品的产生。但是FWF能够在几秒钟内以克为单位生产多种化合物，同时将能源、水消耗和温室气体排放减少50%以上，为可持续制造设定了新的标准。

FWF背后的科学

这项创新研究基于Tour教授2020年利用闪蒸焦耳加热技术在废物处理和材料升级回收领域的研究成果。闪蒸焦耳加热是一种通过在具有一定电阻的材料中通入电流，迅速将其加热至超过3000℃（约5000K），并将其转变成其他物质的技术。

“关键在于，以前我们只能对碳和其他几种可导电的化合物进行闪蒸加热，”Tour教授指出，“现在我们可以对元素周期表中的其余元素进行闪蒸合成了。这是一个巨大的进步。”

James Tour，莱斯大学教授

材料生产的重大突破

FWF技术的成功在于其能够克服传统闪蒸焦耳加热方法的导电性限制。该团队，包括博士生Chi Hun “Will” Choi和通讯作者韩亦沫助理教授，采用了一个装有冶金焦炭的外部闪速加热容器以及一个半封闭的包含目标试剂的内部反应器。FWF能够产生高达2000摄氏度的高温，通过热传导迅速将试剂转化为高质量的材料。

这项新颖的方法允许合成20多种独特、相选择性材料，根据研究，这些材料具有高纯度和一致性。FWF的多功能性和可扩展性使其非常适合生产下一代半导体材料，例如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨和α相硒化铟，这些材料使用传统技术合成起来非常具有挑战性。

对工业和研究的影响

“与传统方法不同，FWF不需要添加导电剂，减少了杂质和副产品的形成，”Choi说。

这项进步在电子、催化、能源和基础研究领域创造了新的机会。它还为制造广泛的材料提供了一种可持续的解决方案。此外，FWF有潜力彻底改变诸如航空航天等行业，其中像FWF制造的MoSe2这样的材料作为固态润滑剂表现出卓越的性能。

“FWF代表了材料合成的转型转变，”韩教授说。“通过提供一种可扩展和可持续的方法来生产高质量的固态材料，它解决了制造过程中的障碍，同时为更清洁、更高效的未来铺平了道路。”

参考文献：Flash-within-flash synthesis of gram-scale solid-state materials，Nature Chemistry，2024. https://www.nature.com/articles/s41557-024-01598-7