Owing to its distinctive structure and properties, 2D silicon (2DSi) has been widely applied in hydrogen storage, sensors, electronic device, catalysis, electrochemical energy storage, etc. However, scalable and low-cost fabrication of high-quality 2DSi remains a great challenge. In this work, a physical vacuum distillation method is designed to obtain high-quality 2DSi from a bulk layered calcium-silicon alloy. With this method, the lower boiling point calcium metal is evaporated to construct 2DSi and can be further recycled. The effect of vacuum conditions on morphology, components, and electrochemical properties is further explored. As an anode for lithium-ion batteries, the 2DSi delivers a stable cyclability of 835 mAh g-1 after 3000 cycles at 5000 mA g-1 (0.003025% capacity decay per cycle). The electrochemical performance enhancing mechanism is also probed. In addition, a 2D/2D flexible and binder-free paper by combining 2DSi with 2D MXene is constructed. As a lithiophilic nuclear agent for lithium metal anodes, the 2DSi can efficiently suppress the Li dendrite growth and reduce nucleation barriers, achieving a high Coulombic efficiency (98% at 1 mA cm-2, 97% at 2 mA cm-2) around 600 cycles and a long lifespan of 1000 h. The crystal growth difference of lithium metal on Cu foil and 2DSi is studied. This work may provide a pathway for green, low-cost, and scalable synthesis of 2D materials.

中文翻译：

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从块状合金锂离子电池和锂金属电池可扩展和物理合成二维硅。

由于其独特的结构和性能，2D硅（2DSi）已广泛应用于氢存储，传感器，电子设备，催化，电化学能量存储等。然而，高质量2DSi的可扩展且低成本的制造仍然是一个巨大的优势挑战。在这项工作中，设计了一种物理真空蒸馏方法，以从块状钙硅合金中获得高质量的2DSi。用这种方法，将较低沸点的钙金属蒸发以构建2DSi，并且可以进一步回收。进一步研究了真空条件对形态，组分和电化学性能的影响。作为锂离子电池的阳极，2DSi在5000 mA g-1下经过3000次循环后可提供835 mAh g-1的稳定循环能力（每循环0.003025％的容量衰减）。还探讨了电化学性能增强机制。此外，通过将2DSi与2D MXene结合使用，可以构建2D / 2D柔性无粘合剂纸。作为用于锂金属阳极的亲硫核试剂，2DSi可以有效抑制Li树枝状晶体的生长并减少成核壁垒，从而实现了大约600的高库仑效率（在1 mA cm-2下为98％，在2 mA cm-2下为97％）。循环，使用寿命长达1000小时。研究了锂金属在铜箔和2DSi上的晶体生长差异。这项工作可能为绿色，低成本和可扩展的2D材料合成提供途径。2DSi可以有效抑制Li树枝状晶体的生长并减少成核壁垒，在600个循环左右达到高库仑效率（在1 mA cm-2下为98％，在2 mA cm-2下为97％）和1000小时的长寿命。研究了锂金属在铜箔和2DSi上的晶体生长差异。这项工作可能为绿色，低成本和可扩展的2D材料合成提供途径。2DSi可以有效抑制Li树枝状晶体的生长并减少成核壁垒，在600个循环左右达到高库仑效率（在1 mA cm-2下为98％，在2 mA cm-2下为97％）和1000小时的长寿命。研究了锂金属在铜箔和2DSi上的晶体生长差异。这项工作可能为绿色，低成本和可扩展的2D材料合成提供途径。