摘要：自2004年首次报道以来,二维材料因具有纳米级厚度、高比表面积、独特的层状结构和优异的机械性能等特点,受到了广泛关注。在导电、导热、气体存储和分离、膜分离以及催化等领域,二维材料均展现出了广阔的应用前景;其中,最为知名的二维材料是石墨烯,其是由单层碳原子构成的二维晶格结构,拥有较大的比表面积和优良的吸附性能,因而备受青睐。除此之外,二维材料还包括类石墨相氮化碳、氮化硼、过渡金属硫化物等。随着网状化学的不断发展,二维多孔框架材料逐渐受到关注,这类材料拥有纳米片状的形态、一维的孔道结构以及特殊的层间作用力,具有作用力丰富和可设计性强等优势,在色谱分离领域展现出了巨大的应用潜力。本文首先简要介绍了二维材料的合成方法与分离机理,随后着重介绍了近年来二维多孔框架材料在气相色谱及液相色谱固定相应用方面的最新研究进展。同时,本文也涉及了一些其他二维材料在色谱领域的应用,并对二维材料在色谱分离领域的发展前景进行了展望,期望为基于二维材料的色谱分离材料设计及应用提供参考。

摘要：随着智能可穿戴设备的兴起,高性能的纤维超级电容器(FSC)有望为智能可穿戴设备的持续发展做出巨大贡献。二维材料因质量轻、比表面积大、导电性高、机械强度卓越等特性而闻名,这些特性使得二维材料成为制备高能量/功率密度、具备可靠安全性、稳定灵活性以及长周期循环寿命的FSC的理想选择,被认为是未来可穿戴储能设备中最具前景的候选材料之一。随着制备工艺的不断进步,FSC在理论实验和实际应用之间的差距已大大缩小。本文系统回顾了不同的二维材料在FSC的优化设计和纤维结构方面的最新进展,并对其未来的发展进行了展望。

摘要：实验教学是材料科学教学过程中的重要环节,原有的材料科学实验教学以经典材料实验为对象,不足以培养学生对新材料的研究兴趣,也不能满足培养高素质人才的教学目标。各高校都开展了新材料的探索性实验教学,这些新材料的出现时间不超过20年,对其性质的探索尚不完全,其制备、表征和应用都还在持续进行,因此,出现了实验教学流程不标准、教学实验结果不标准和实验成绩评价不标准的情况。鉴于此,以新型二维材料——石墨烯的制备与应用探索性实验教学为例,提出标准化的探索性实验教学流程、标准化的实验教学效果评估等改革方案,为培养高水平的材料人才打下坚实基础,也为开展新型标准化实验提供参考。

摘要：由于具有可调的孔道结构、可控的化学组成以及广阔的应用前景,介孔材料近年来引起了科研工作者们的广泛关注。与传统的三维介孔材料相比,二维介孔材料具有更大的比表面积,更短的扩散距离,以及更高的活性位点暴露程度。因此,二维介孔材料在催化、气体吸附、能源存储与转化等应用领域中展现出十分优异的性能。本文从自下而上和自上而下2种合成策略出发,系统梳理了近10年来二维介孔材料合成方法的研究进展,并全面总结了二维介孔材料在电化学储能、电催化、光催化和气体传感领域的应用。最后,本文对二维介孔材料的未来发展方向与挑战进行了展望。

摘要：纳米流体学涉及在纳米尺度通道内流体独特的传输行为,近年来引起了研究者们的广泛兴趣。二维(2D)材料的出现以及2D材料膜的快速发展,开创了纳米流体研究的新时代。本文综述了近年来基于二维材料膜构筑纳米流体通道的研究进展,着重介绍了二维材料膜纳米流体通道的构筑方法,包括“自上而下”策略、“自下而上”策略、人工造孔策略制备二维材料多孔膜,以及范德华组装策略、液相组装策略制备二维材料叠层膜;深入讨论了二维材料膜纳米流体通道的调控手段,包括通道尺寸、长度和形状等物理结构的精密控制,通道亲和性、电荷性等化学环境的合理设计;最后总结展望了二维材料膜纳米流体在材料开发、仿生设计、传输机理和器件应用等方面所面临的机遇与挑战。

摘要：二维材料具有原子级光滑表面、纳米级厚度和超高的比表面积,是研究金属纳米颗粒与二维材料的界面相互作用,实时、原位观察金属纳米颗粒的表面原子迁移、结构演化和聚合等热力学行为的重要载体.设计和构筑金属纳米颗粒与二维材料异质结构界面,在原子尺度分析和表征界面结构,揭示材料结构和性能之间的相互关系,对于理解其相互作用和优化器件性能具有重要价值.本文总结了近年来金属纳米颗粒在二维材料表面成核、生长、结构演化及其表征的最新进展,分析了金属纳米颗粒对二维材料晶体结构、电子态、能带结构的影响,探讨了可能的界面应变、界面反应,及其对电学和光学等性质的调控,讨论了金属纳米颗粒对基于二维材料的场效应管器件和光电器件的性能提升策略.为从原子、电子层次揭示微结构、界面原子构型等影响金属纳米颗粒-二维材料异质结性能的物理机制,为金属-二维材料异质结构的研制及其在电子器件、光电器件、能源器件等领域的应用奠定了基础.

摘要：随着通信技术的快速发展和广泛应用,光纤通信以其高容量和低损耗的优势,已成为现代信息通信的基础。在光纤通信系统中,光调制器是实现光信号调制的关键器件之一,通常基于块状晶体的电学和光电子学器件。然而,这类器件会影响光在高密度传输过程中的质量,限制了光纤通信实现高速和高容量性能的潜力。为了解决这个问题,研究人员一直致力于开发全光纤器件,可以在不中断光纤传输过程的情况下对光信号进行调制、放大和检测。近年来,设计和制造了许多具有不同结构的新型光纤。其中,二维材料在光调制领域引起了人们的广泛关注,因为它们具有可以增强光与物质之间相互作用的独特性质。基于二维材料复合光纤的光纤型调制器有望为光纤通信带来新的机遇。在本文中,我们将介绍将二维材料与不同结构的光纤进行复合的各种方法,例如光纤端面复合、孔内壁复合、拉锥复合和侧剖复合。这些方法可以有效地整合二维材料和光纤的优势,创造出具有高性能和功能性的新型光调制器。我们还将举例介绍一些基于二维材料复合光纤的光调制器,例如基于MoS_(2)的全光波长调制器、基于石墨烯的电光吸收调制器和基于MXene的热光相位调制器。这些器件可以通过利用二维材料的光学、电学或热学性质来调制光信号的波长、强度或相位。这些器件可以通过改变二维材料折射率的实部和虚部来实现对光信号的调制。此外,我们还将总结二维材料复合光纤调制器在不同领域(如全光、电光和热光)的调制原理、过程和应用。我们将与基于块状晶体器件的传统光调制器进行优缺点比较,并讨论它们在提高光纤通信系统性能和效率方面的潜力。最后,我们将讨论二维材料复合光纤领域所面临的机遇和挑战,并提出未来研究方向和发展前景。

摘要：光催化技术可以直接利用清洁的太阳能催化降解污染物,污染物矿化程度高,在环境修复和催化领域具有显著优势。金属氧化物作为光催化剂存在禁带宽度大、空穴-电子对复合率高等缺点限制了其应用。近年来,MXene由于具有良好的电子迁移能力、环境稳定性、层结构丰富和比表面积大等特点,在作为改性金属氧化物光催化剂上具有潜在优势。首先概述了MXene的制备方法,包括氢氟酸刻蚀法、氟化物刻蚀法、碱刻蚀法、盐酸水热刻蚀法、路易斯酸刻蚀法、电化学刻蚀法、化学气沉降法以及高温分解法等;其次介绍了MXene材料表面终端活性官能团、分散性和化学稳定性;然后综述了MXene/金属氧化物光催化剂的作用机理,包括金属氧化物光催化机理、MXene/金属氧化物光催化增强机理;然后介绍了MXene/金属氧化物光催化剂在光催化降解药物和染料领域的应用以及催化稳定性,最后对MXene/金属氧化物光催化剂存在的问题进行展望,以期能够为高效光催化剂的设计和水处理应用提供理论支撑。

摘要：阐述了MXene的组成和分类,详细描述了MXene的制备方法,分析了MXene化学结构对性能的影响,总结了其在传感器、水处理、金属防腐、电磁屏蔽等表面涂层领域的研究现状。最后对MXene材料的制备及其在表面涂层应用中的挑战和发展趋势做出展望,指出MXene的无毒或低毒刻蚀、高效插层剥离以及端基官能团调控等是MXene材料在制备环节未来发展的方向,而提升与其他材料的界面作用力则是MXene在应用领域亟需优化的设计难点。

摘要：面对不可再生资源的快速消耗和环境污染的日益加重,寻找清洁可再生能源势在必行.氢能是一种清洁可再生的能源,是目前最有希望替代化石燃料的一种能源.电化学水分解可用来产生高纯氢气,其中析氢催化剂起着至关重要的作用.尽管贵金属铂基催化剂表现出优异的析氢性能,然而稀缺性和高成本限制了其大规模应用.因此,开发高效和地球存量丰富的电催化剂是实现大规模绿色能源转换和存储技术的关键.二维材料可分为非金属材料(如石墨烯、碳化氮和黑磷)和过渡金属基材料(如卤化物、磷酸盐、氧化物、氢氧化物和碳氮金属化合物),具有独特的结构和电化学性能,为研究人员进行基础科学研究和新兴应用提供了广阔的空间.对于未修饰的二维材料,活性位点主要位于其边缘,而大面积的基底化学活性非常低,因此通常表现出较差的析氢活性.但通过利用二维材料固有的物化性质(如大比表面积、缺陷位和功能化表面来微调现有催化位点或创建新的催化活性位点,锚定其它活性物种构建复合材料),可以对其进行设计以提高催化析氢反应活性.随着二维材料的快速研发,缺陷工程已成为构建高性能电催化剂制备的常用策略.缺陷工程可以在二维材料中创建大量的边缘和孔,并且在基底结构中创建空位进而产生了大量的活性位点.本文主要讨论了缺陷的基本原理,缺陷位点的构建方法(包括边缘缺陷、空位缺陷和掺杂衍生缺陷),不同类型缺陷对析氢反应性能的影响,缺陷位点上析氢反应机制以及提出了对二维材料缺陷的优化策略.通过讨论缺陷结构与催化剂性能之间的关系,为合理构建高性能的析氢催化剂提供了有益见解.通过在不同位置构建缺陷位点,调整局部电子结构形成不饱和配位态,可以优化氢吸附/解离能.最后,提出了二维材料缺陷目前面临的问题和挑战,并展望了二维材料缺陷在电催化析氢反应的未来发展趋势.