超薄二维纳米材料的研究进展

自2004年首次发现机械剥离的石墨烯以来，关于超薄二维纳米材料的研究在凝聚体物理、材料科学、化学以及纳米技术领域都呈指数级增长。近日，新加坡南洋理工大学的张华教授（点击查看介绍）团队系统地总结了超薄二维纳米材料的最新研究进展。

超薄二维纳米材料是一类具有片状结构的新兴纳米材料，横向尺寸超过100 nm或几微米甚至更大，但厚度只相当于单个或几个原子层（一般不超过5 nm）。尽管对于二维材料的研究可以追溯到几十年前，但2004年是现代超薄二维纳米材料研究标志性的一年。2004年，英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim等人成功地使用胶带，也就是现在广为人知的微机械剥离法，从石墨晶体上剥离得到石墨烯（Graphene）。由于电子被限制在二维环境中，石墨烯表现出独特的物理、电子及化学性质。到目前为止，除石墨烯外，很多类石墨烯材料也得以成功研究，如六方氮化硼（h-BN）、过渡金属二硫族化合物（TMDs）、石墨化氮化碳（g-C₃N₄）、层状金属氧化物和层状双氢氧化物（LDHs）等。它们具有与石墨烯类似的结构，但组分大不相同，因此表现出丰富的理化性质。石墨烯与类石墨烯超薄二维纳米材料的巨大前景进一步促进了其他新型超薄二维纳米材料的研究，包括二维过渡金属碳化物或碳氮化物（Mxenes）、贵金属、金属有机框架材料（MOFs）、共价有机框架材料（COFs）、高分子、黑磷（BP）、硅烯、锑烯、无机钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿。

超薄二维纳米材料独特的性质极大促进了各种超薄二维纳米材料合成方法的研究发展。到目前为止，已有一系列效果显著的方法得以开发，如微机械剥离法、机械力辅助液相剥离法、离子插层辅助液相剥离法、离子交换辅助液相剥离法、氧化辅助液相剥离法、选择性蚀刻液相剥离法、化学气相沉积法以及湿化学合成法。所有上述方法可分为自上而下和自下而上两大类。值得注意的是，不同方法合成的材料具有不同的结构特征，表现出不同的物理、电子、化学和表面性质，因此对材料进行全面而精确的表征至关重要。合成超薄二维纳米材料精确的大小、组分、厚度、晶相、掺杂、缺陷、空位、应力、电子态以及表面性质等信息有利于阐明结构与性质或性能之间的相互关系。因此，人们发展了一系列先进的技术用于表征这些超薄二维纳米材料，包括光学显微镜、扫描探针显微镜、电子显微镜、X射线吸收精细结构谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱等。更重要的是，这些独特的性质使超薄二维纳米材料拥有巨大的潜在应用前景，包括在电子和光电子、催化、能量储存与转换、传感器和生物医学等领域的应用。考虑到这些材料独特的结构特性、性质和潜在应用，超薄二维纳米材料已经成为当今在凝聚体物理、材料科学、化学以及纳米技术领域最热门的研究话题之一。鉴于此，作者相信及时撰写一篇综述性论文对此方向的未来发展至关重要。

这篇综述的目的是总结超薄二维纳米材料的最新研究进展。首先，他们简要地介绍了背景知识，接着讨论超薄二维纳米材料的独特优势。在介绍超薄二维纳米材料的晶体结构之后，他们讨论这些材料不同的合成方法及其各自的优劣。在此之后，他们介绍了一些用于表征超薄二维纳米材料的主要手段。最后基于现有的研究基础，他们就该方向的研究挑战以及未来的发展提出了一些个人见解。这一成果近期发表在Chemical Reviews 上，文章的第一作者是新加坡南洋理工大学的博士后研究员谭超良。

该论文作者为：Chaoliang Tan, Xiehong Cao, Xue-Jun Wu, Qiyuan He, Jian Yang, Xiao Zhang, Junze Chen, Wei Zhao, Shikui Han, Gwang-Hyeon Nam, Melinda Sindoro, Hua Zhang

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Recent Advances in Ultrathin Two-Dimensional Nanomaterials

Chem. Rev., 2017, 117, 6225-6331, DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00558

张华教授简介

张华，新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院终身教授，1992和1995年分别于南京大学获得本科和硕士学位，1998年于北京大学取得博士学位，师从刘忠范院士；1999年加入比利时鲁汶大学Frans C. De Schryver教授课题组从事博士后研究工作，2001年加入美国西北大学的Chad A. Mirkin教授的课题组开展研究工作，2006年7月起就职于新加坡南洋理工大学。

http://www.x-mol.com/university/faculty/39443