SCIENCE CHINA Chemistry二维材料综述合集

SCIENCE CHINA Chemistry 近期发表了一系列二维材料相关的综述，敬请关注！

1.聚合物氮化碳：通过调控结构来优化光催化性能

图1 制备g-C₃N₄纳米片的剥离策略的示意图

作为二维材料家族中的一员，聚合物氮化碳(g-C₃N₄)纳米片在环境净化和太阳能转换等领域具有巨大的应用潜力，如水分解、CO₂还原、分子氧活化、选择性有机合成等。然而，本征碳氮化物仍存在一些问题，如光捕获效率低、电荷重组概率高、及表面光催化反应速率低。采用结构工程(structural engineering)的方法可以获得电学/光学性质更为优异的先进g-C₃N₄材料。在这篇综述中，中国科学技术大学谢毅院士、张晓东副教授及清华大学朱永法教授等总结了可用于优化2D g-C₃N₄光催化性能的最新策略，及其与光诱导产物行为的关系。此外，详细讨论了通过优化材料构造来调制能带结构和促进电荷分离的策略。最后，提出了聚合物氮化碳基光催化剂的发展方向和挑战。

文献链接：Two-dimensional polymeric carbon nitride: structural engineering for optimizing photocatalysis.(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9292-7)

2. 二维材料中的晶相控制

图2 TMD的多种结构模型

由于二维材料(2D materials)特殊的结构形式，很多新型晶相在二维材料中被发现。这些晶相不仅与它们的体相结构不同，而且具有很多结构依赖的性能。南洋理工大学的张华教授以及南京工业大学的黄晓教授和李海教授等总结了二维材料晶相控制的最新进展，包括VI族过渡金属二硫化物(VITMDs)、IVA族金属硫化物(IVAMC)和贵金属。对于每组材料，作者首先介绍现有的不同晶相及其结构相关的性能，然后详细讨论形成这些晶体结构的影响因素及可能的晶相控制策略。例如，作者讨论了用于二维 VITMDs，IVAMC和贵金属的晶相控制生长或后生长处理策略的最新进展。对于VITMDs，它们的相变可以通过离子嵌入、合金化/掺杂、电子注入、外加电场、缺陷工程、应变调控等来实现。相比之下，IVAMC的晶相控制主要依赖于生长温度。尽管固态相图可以指导温度的调节，但是其他因素如生长基质，还原剂的使用，反应物的量和比例也可能影响最终产物的晶相。通过热处理以及电子束照射可以产生缺陷，例如硫属元素空位，从而导致了MX₂到MX的化学计量转变。至于二维贵金属，除了涉及高能量的极端条件，例如高压和高温处理，可以利用材料表面的配体交换和二次生长不同金属等方法在温和条件下诱导其发生相变。最后，作者还提出了这一研究方向面临的挑战和机遇。

文献链接：Crystal phase control in two-dimensional materials.(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9326-y)

3.用于癌症治疗的2D纳米材料的最新进展

图3 代表性的2D纳米材料和相关的抗癌机制

自2004年石墨烯机械剥离制备法报道后，二维（2D）纳米材料在各领域引发广大关注，尤其是在抗癌治疗的诸多方面展示了巨大潜力，典型应用包括光动力学治疗，光热治疗和抗癌药物递送。越来越多的研究表明，这些抗癌功能可以协同组合，以达到更好的治疗效果。基于2D纳米材料的癌症治疗是一个相对较新的领域，并且用于抗癌治疗的大多数2D纳米材料仍处于研发的初步阶段，它们与人体之间的相互作用机制仍有待进一步阐明。在这些方向的深入研究有助于提高相关纳米治疗手段的临床疗效，同时尽可能减少不良副作用。相关领域的突破性进展将大大促进基于2D纳米材料的抗肿瘤疗法的开发。南洋理工大学赵彦利教授和重庆大学罗忠教授等总结了用于癌症治疗的功能性2D纳米材料的设计和制备等方面的最新研究进展，其应用涵盖药物输送、光动力疗法和光热疗法。该综述详细讨论了2D纳米结构材料的抗癌机制，分析了相关的安全性问题，可为2D纳米结构材料在抗癌领域的应用提供指导。

文献链接：Recent advancements in 2D nanomaterials for cancer therapy.(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9294-9)

4.2D石墨炔材料：能源领域的挑战和机遇

图4 相图：顶点处的单一杂交状态的碳组成的材料，沿边缘包含两种杂交状态的混合物的材料以及三角形内具有所有三种杂交状态的材料

石墨炔（Graphdiyne, GDY）是一种新型的二维（2D）碳同素异形体，是由sp和sp²碳共杂化形成的单原子厚的二维平面网络结构全碳分子，是材料科学领域的一颗迅速崛起的明星。因其独特的化学结构、电子结构及奇特的化学和物理性质，石墨炔迅速成为化学、物理和材料科学领域研究的焦点，受到科学家的极大关注。石墨炔在能源、催化、光学、电学、光电子器件等诸多领域展现出巨大的应用潜力，在国际上产生了重要影响，正在全球范围内形成新的研究方向。中国科学院化学研究所李玉良院士、北京大学张锦教授、刘忠范院士和国家纳米科学中心赵宇亮院士等人共同撰写了有关GDY研究的最新综述，重点阐述了石墨炔在能源领域的理论和实验研究进展，介绍了石墨炔基新型能量转换和储能的重要成果，并探讨了石墨炔材料未来挑战和机遇，认为石墨炔奇特的结构和性质有可能突破当前可再生能源和清洁能源材料发展和利用的瓶颈。

文献链接：2D graphdiyne materials: challenges and opportunities in energy field.(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9270-y)

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