二维层状沸石的合成及其催化、吸附与分离应用

与三维沸石相比,二维层状沸石具有更大的表面积、更短的扩散距离和更具韧性的结构,在许多领域中都具有更大优势。近年来,二维层状沸石的研究已成为新热点。本文基于前期文献调研总结,从两类合成角度（Bottom-up和Top-down法）归纳了近年来二维沸石的合成方法,重点综述了同种类型沸石的不同合成法的进展。此外,本文简述了二维沸石在催化、吸附和分离领域中的应用,并展望了二维沸石广阔的应用前景,以期为二维沸石的合成与应用提供参考。     

二维(2D)沸石与三维(3D)沸石的制备及催化研究进展

如今在能源紧缺和“双碳”背景下, 能源清洁高效利用显得异常重要. 沸石催化剂是在能源加工过程中提高产出和品质的重要手段, 现已成为该领域的研究热点. 随着对沸石研究的进一步深入, 它们的性质和结构逐渐清晰, 广泛应用于催化、吸附、分离等行业. 独特晶体结构的二维沸石, 它们的片层结构在降低分子传输路径的同时, 可增大活性位点的可及性, 降低了积碳率, 具有较大应用潜力. 此外, 通过改变结构导向剂的结构可以拓宽二维沸石的种类, 符合工业上适应范围广的特点. 在此, 综述了两种维度分子筛的发展过程, 阐明了它们在不同领域中催化转化的构-效关系, 以及二维沸石的制备路径. 整理了合成机理并分析了二维沸石在比表面积和活性位点可及性上的优势, 为二维沸石分子筛在工业中的应用提供借鉴.     

新型二维纳米材料在电化学领域的应用与发展

以石墨烯为代表的新型二维纳米材料具有独特的结构和优异的电子特性,在电化学各领域具有巨大的应用潜力。 本综述总结了新型二维纳米材料在电化学各领域(能源存储、能源转化和电化学传感)的研究现状和存在的问题。 展望了二维纳米材料在电化学领域的发展趋势。     

二维沸石及其在大分子催化转化领域的研究进展

与三维结构沸石不同,二维沸石由于其更开放的孔道结构、更大的比表面积、更易暴露的酸性位点,在大分子和扩散限制催化领域显示了特殊优势。通过各种合成和后处理方法,能够调控二维沸石及其衍生材料的孔道种类、大小与分布,从而适用于不同的催化过程。本文综述了近年来二维沸石的合成与应用进展。     

二维分子筛的制备及其催化应用研究进展

沸石分子筛是一种具有独特孔道结构的硅铝酸盐晶体,因其具有较大的比表面积、优异的孔道择形性、良好的热稳定性以及适宜的酸性质等特点,被广泛应用于催化、吸附、分离等领域。与常规三维沸石分子筛相比,二维分子筛由于其独特的形貌结构带来的可调变的多级孔结构、适宜的表面酸性以及良好的扩散传质性能等优点,已在吸附和催化领域显示出巨大的应用潜力。本文系统总结了二维MFI、SAPO-34、MCM-n、Y型分子筛等的合成以及此类分子筛催化应用研究方面的最新进展。最后,对二维沸石分子筛材料的新合成方法及新应用领域进行了展望。     

二维纳米片用于快速高效膜法气体分离

膜法气体分离作为一类低能耗先进分离技术, 在化工分离中具有广阔的应用前景. 然而商业气体分离膜在实际应用过程中存在选择性和渗透性此消彼长的问题. 以二维纳米片材料为膜构筑基元, 有望突破这一瓶颈. 最具代表性的二维纳米片膜材料当属石墨烯及其衍生物、 二维沸石分子筛、 层状双金属氢氧化物、 二维过渡金属硫化物、 Mxene、 二维共价有机骨架和金属有机骨架材料. 本文对这些二维材料在超薄气体分离膜领域的成果与进展进行介绍, 展现了各类材料在实际分离应用过程中的优势及弊端, 探讨了二维纳米片膜材料在气体分离领域的挑战与发展前景.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

表面活性剂辅助界面聚合法合成结晶性二维聚合物

二维材料由于其具有独特的物理和化学性质成为国际上的研究热点之一.制备面积大、厚度可控、长程有序的二维聚合物成为新型二维材料研究的难点之一.近几年,许多新型二维材料已被报道.然而,这些二维材料存在结晶性不足、尺寸小等缺点.近期,德累斯顿工业大学冯新亮课题组报道了利用表面活性剂单分子层辅助的界面聚合法(SMAIS)实现了可...     

沸石电流变液材料的研究

系统地研究了沸石的由离子类型、数目、骨架的孔道大小和结构特性对沸石电流变液性能的影响. 证实了阳离子在电场中的迁移所引起的晶粒极化是Y，A和M等沸石电流变特性的基础，指出了较大的孔径和具有足够多易迁移的阳离子是该类沸石具有较好电流变性的的前提．根据NaZSM－5沸石在高电场中与其它沸石表现不同，具有屈服应力大而漏电流小的特点，提出了沸石晶粒极化还可能存在的另一种新的晶格变形机理．     

硫化钴改性石墨炔构建S型异质结高效光催化产氢

石墨炔(GDY,g-CnH2n-2)作为一种新型的由sp和sp2杂化的碳原子构成的二维碳材料,因其独特的纳米级孔隙、二维层状共轭骨架结构及半导体性质等特性,使之在能源、电化学、光催化、光学、电子学等诸多领域具有显著优势.它作为一种具有良好的层状结构的新型碳材料,其可调节的电子结构弥补了石墨烯无明显带隙的缺点,有望在光催...     

二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备与应用研究进展

二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）纳米材料是一种新型的类石墨烯材料,具有优异的电学、光学及催化特性.简要介绍了TMDCs的晶体结构和电子特性;详细综述了常用的制备方法,主要包括机械剥离法、水（溶剂）热合成法、化学气相合成法等,并总结了各种方法的优缺点;归纳了二维TMDCs在电子器件、光电器件、传感器、微波吸收、储能和催化等方面的应用研究进展;最后总结了该领域存在的问题,展望了研究前景.     

《新型二维纳米材料》专辑序言——新型二维纳米材料:掀起未来技术革命

二维纳米材料是一种具有片状结构,厚度为纳米量级,而水平尺寸可以无限延展的材料。2004年,曼彻斯特大学Andre Geim小组通过机械剥离法成功从石墨中分离出单原子层石墨烯,由此拉开新型二维纳米材料的帷幕。石墨烯高载流子迁移率、超强的机械性能、良好的热力学稳定性、高热导率和大比表面积,引起科学家对新型类石墨烯二维纳米材料的兴趣。新型二维纳米材料其纳米尺寸的厚度赋予它们非凡的物理、化学、电子和光学特性。例如,由于电子被限定在二维平面,使二维纳米材料在凝聚态物理学和电子/光电设备上成为理想材料;大的平面尺寸使其具有极大的比表面积,有利于暴露表面原子提供更多活性位点。二维纳米材料的这些独特性能,使其在能源存储与转化、电子器件、催化反应、传感器、生物医药等领域均有重要的潜在应用价值。现今,新型二维纳米材料已被研制出将近20多种,诸如石墨烯、石墨相碳化氮(g-C3N4)、过渡金属二硫化物(TMDs)、过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)、层状双金属氢氧化物(LDHs)、过渡金属氧化物(TMOs)、Ⅲ~Ⅵ族层状半导体(MX4)和无机钙钛矿型化合物(AMX3)等。本专辑围绕新型二维纳米材料专题,收录了在相关领域具有丰富研究经验的团队所撰写的12篇相关研究的综述文章、研究论文和简报。代表性地呈现新型二维纳米材料在超级电容器、电化学催化、传感、电池、荧光、水处理、阻燃等方面的研究进展,希望借助该专辑的出版,能使广大读者更深入地了解新型二维纳米材料的研究现状和发展趋势,进而推动新型二维纳米材料研究的发展!在此,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的卓越工作和辛勤付出表示衷心的感谢!     

二硫化钼二维原子晶体化学掺杂研究进展

以二硫化钼（MoS₂）为代表的半导体二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）具有优异的光电特性,在新型电子器件领域展示出广阔的应用前景。二维MoS₂的性能调控与功能协同是实现其在电子器件领域实用化的关键。化学掺杂是调控二维MoS₂的性能并丰富其材料特性最为直接而有效的方法之一。本文重点介绍了基于表面电荷转移、面内取代以及层间插层策略的掺杂方法,讨论了各种掺杂方法的基本原理、最新进展以及局限性,最后展望了二维MoS₂掺杂研究面临的挑战与发展方向。     

LiCl/NaY主客体复合材料的制备及其湿敏性质

利用热分散法将LiCl分散到NaY分子筛笼形孔道内制备了LiCl/NaY主客体湿敏材料,该材料保持了LiCl体相材料优良的湿敏特性,同时由于分子筛孔道的限域作用及LiCl盐与分子筛载体间的强离子键合作用,克服了LiCl体相材料的某些固有缺陷.分子筛结构对这种主客体材料有很大影响,具有笼形三维孔道结构的分子筛如NaY更适于作主体材料.二维孔道型的ZSM-5及一维直孔道的丝光沸石则效果差得多.     

石墨烯的光化学修饰方法

石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的具有蜂窝状结构的二维原子晶体.石墨烯的共价化学修饰是石墨烯研究领域的一个新的热点,也是石墨烯材料的表面改性和能带调控、以及合成新型二维石墨烯衍生物的重要途径.完整的二维蜂窝结构和离域大π键使得石墨烯的化学性质非常稳定,难以通过常规的化学反应获得高效的表面修饰,这是石墨烯共价化学的主要挑战.近年来,我们发展了一系列基于光化学原理的石墨烯共价修饰方法,利用光化学过程产生的活性自由基实现了石墨烯的高效共价加成和氧化反应,为石墨烯的光化学能带工程奠定了理论和实验基础.本文将以这些研究成果为主线,系统地阐述石墨烯的光化学修饰方法及其二维反应特性,并对该领域的未来发展趋势和所面临的挑战进行简要的展望.     

二维高分子的制备、组装及其高效电化学应用

二维高分子是通过共价键连接的在二维平面内具有周期性排列结构的分子片,因其具备质轻、柔性、可调结构和高适应性等优点近年来受到了国内外研究学者的广泛关注.可控制备二维高分子对于研究二维高分子的结构与性能关系、合成特定功能化改性的二维高分子具有重要的意义.本文以本课题组的研究工作为出发点首先围绕一种天然二维高分子材料(石墨烯)的快速制备、组装、功能性复合及其电化学应用进行总结,然后针对新型合成二维高分子材料(二维共价有机框架(2D COF),硅烯和二维共价三嗪框架(2D CTF))的制备方法、有效的分子设计和电化学应用进行总结,用于理解二维高分子的构效关系,为实现二维高分子的可控制备和高效应用提供了思路.     

二氧化锡纳米粒子在高硅TON，MFI和FAU型沸石外表面的形成和聚集

将高硅TON, MFI和FAU沸石分别浸渍于SnCl₂溶液，再于873 K温度下焙烧，在高硅TON,MFI和FAU沸石外表面制备出二氧化锡纳米粒子。用XRD和SAED表征生成物的物相，TEM表征形成二氧化锡纳米粒子的形貌、尺寸和聚集状态。结果显示：在TON, MFI和FAU沸石外表面形成二氧化锡纳米粒子的尺寸分别在8 nm, 10-80 nm和6 nm。在室温下用40%的氢氟酸分解SnO₂-TON和SnO₂-MFI分别得到二氧化锡微胶囊和网状的二氧化锡纳米结构。同在NaY沸石表面形成的纳米二氧化锡比较，在具有一维孔道体系的TON沸石和二维孔道体系的MFI沸石外表面形成的纳米二氧化锡的形貌与聚集状态都不相同，这表明沸石的骨架类型、表面结构与特性在沸石外表面形成二氧化锡纳米结构时起重要作用。     

低维纳米材料的理性设计:从结构预测到分子设计

低维纳米材料具有不同于体相材料的物理化学特性,是未来能源、信息与生物等技术的一个重要载体.结构预测与设计作为材料研究与发展的重要内容之一,在低维纳米材料方面的研究具有重要的意义.本文综述了近年来在低维材料理性设计方面的一些研究进展,主要基于全局结构搜索与分子设计,预测具有独特结构与性能的新型低维材料.结合第一性原理电子结构计算方法,针对特定性能开展结构搜索与设计,预测了一系列新型的光催化材料与自旋电子学材料.通过从结构预测到目标设计,可以揭示低维纳米材料中"结构"与"性能"之间的关系,寻找具有特定结构、特殊功能的新型低维纳米材料.     

堇青石载体表面Silicalite-1沸石膜的合成与表征

沸石分子筛膜是近十年发展起来的一种新型无机膜.它具备一般无机膜结构稳定、耐高温与化学侵蚀、机械强度高等优点.尤其是,它的结构孔径均匀、精密,具备分子筛分性能.沸石晶体中的阳离子可被其它离子交换.硅铝比可以调节,硅铝原子可被其它原子取代.这些特性,使研制孔径与分子尺寸相匹配、均匀致密的沸石分子筛膜,成为实现分子水平上分离和膜催化的关键.这是当前无机膜材料研究的前沿和热点[1-4].