二维光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化的功能材料,其基本特征是具有光子带隙。光子晶体理论诞生已三十年,基于理论及实验的研究取得了许多成绩。当所制备的光子带隙与光波的波长相当时,光子晶体材料抑制光子在一定频段内的传播。由于在光学、电学、热学、磁学等方面均有优良特性和潜在应用,光子晶体作为一种新型材料也越来越受到科研人员的青睐。不论在可加工性方面还是在传播特性方面,二维光子晶体的优势正逐渐体现出来。本文重点阐述二维光子晶体的研究进展,分别介绍了二维光子晶体的结构与性能特点以及近年来发展出的新型制备方法,如自组装法、刻蚀法、多光束干涉法等,并着重列举其在传感器、波导、光纤、太赫兹技术等领域的发展现状,表明二维光子晶体作为超材料具有巨大的发展空间和潜力。最后,本文对二维光子晶体今后的研究方向和发展前景作了展望。     

新型二维碳化物晶体储锂性能的理论研究

MXenes是一类新型的二维金属碳化物或碳氮化物.本文使用密度泛函理论,分别研究了其中Ti₂C、Nb₂C和V₂C的结构与储锂性能,以及表面氟(F)官能团对其结构和储锂性能的影响.吸附能、态密度和电荷布居的计算结果表明:该二维晶体表面可以吸附双层锂原子. Ti₂C、V₂C和Nb₂C最高储Li的理论比容量分别为995.04、941.31、541.93 mAh·g^-1.此外, F官能团可以有效提高这三种二维晶体锂化结构的稳定性与导电性.     

二维原子晶体材料的制备与应变传感特性研究

二维原子晶体材料由于具有优异的光、电、力、磁和热学等性能而引起了广泛的研究兴趣。尤其,二维原子晶体材料在微小形变下可以产生较大的电阻变化,且能够承受比相应体材料更大的弹性应变而不至于使其结构破坏,在应变传感器方面具有重要的潜在应用价值,并且有望构建在各种条件下适用的柔性集成化的电子器件。目前,二维原子晶体材料备受关注的是石墨烯、二硫化钼和黑磷。本文从上述三种典型二维材料的基本物性出发,基于其物理性质和微观结构从理论上解释二维材料的应变传感特性,并详细介绍二维材料的各种制备方法如机械剥离法、溶液法和化学气相沉积法(CVD)等。在材料制备的基础上,阐述了石墨烯、二硫化钼、黑磷在应变传感领域如健康监测、可穿戴器件、电子皮肤等方面的具体应用,并展望了二维材料未来的研究方向与应用前景。     

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.     

二维分子的原子不对称性研究

基于分子形状的二进制编码提出了权原子和法来描述原子的不对称环境, 其中权原子和是以相反的方向环绕分子所得原子不对称环境的量度, 分子中一个原子的权原子和与其镜像分子中相应原子的权原子和的大小相等, 符号相反. 权原子和不仅适用于手性分子, 还能描述非手性分子中原子的不对称性. 与Randic′提出的原子和进行比较表明, 权原子和比原子和具有更好地区分能力, 因此, 权原子和能够更好地表征原子的不对称性.     

《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。     

氢同位素双原子分子的解析势能函数

研究从重水中分离出T2 .首先,根据光谱常数导出氢同位素双原子分子Extended Rydberg的分析函数,基于同位素效应计算OT(X 2Пi)的光谱常数,有助导出三原子分子,如DTO 的解析势能函数.将这些Extended Rydberg解析势能函数用于氘交换分离氚的热力学与分子反应动力学研究.此外,由同位素位移极值得到当振动量子数vmax≈11.5,振动能级间隔△Ev(H2)≈△Ev(T2),若v△Ev(T2)和v>vmax时,△Ev(H2)<△Ev(T2).因而,温度较低时,平衡移向T2;温度较高时,平衡移向H2 .与文献结果相似 ,而导出方法不同.     

二维硫化钼基原子晶体材料的化学气相沉积法制备及其器件

二维过渡族金属硫属化合物因其带隙具有强烈的层数依赖性而在电子器件方面具有广泛的应用前景.其中单层二硫化钼(MoS₂)是该系列材料中最典型的一种直接带隙半导体,它具有优异的光、电、磁、热和力学性能.二维MoS₂有望在光电探测、光伏器件、场效应晶体管、存储器件、谷电子和自旋器件、温差电器件、微纳机电器件和系统等方面得以广泛应用.化学气相沉积(CVD)法已成为制备二维过渡族金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂等原子层薄膜的主要手段,尤其科学界利用CVD法对二维MoS₂材料进行了深入的制备探索,通过该方法制备的MoS₂薄膜在电子和光电器件方面已经有广泛研究.本文将从二维MoS₂的基本物性出发,详细介绍CVD法制备MoS₂的各种工艺过程,如热分解硫代硫酸盐法、硫化Mo(MoO_3-x)薄膜制备法、MoO_3-x粉体与硫属前驱体气相合成法和钼箔表面直接硫化法,并介绍了基于MoS₂的二维异质结构筑方法.在制备材料的基础上,详细阐述了二维MoS₂在场效应晶体管、光电探测器、柔性电子器件以及异质结器件方面的应用,并展望了二维材料在半导体器件中的应用前景.     

毛细管高效液相色谱-毛细管电泳二维分离接口的优化

对毛细管高效液相色谱－毛细管电泳二维分离的动态脉冲接触式接口系统进行了最优化研究。讨论了它的设计原理,优化了操作条件,并对其性能进行了评价。利用这种接口,使样品在第二维的进样浓度达到第一维流出浓度的８１％,１００次连续进样峰高及迁移时间的ＲＳＤ平均值分别为３．０％、１．８％,进样时间也得以缩短,并对甘草的水提取物实现了高效二维分离。,     

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.     

二氧化碳的原子晶体

最近,美国Lawrece Livermore国家实验室（LLNL）的V.Lota,C.S.Yoo和H.Cynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2的原子晶体。     

二维DNA晶体的多重熔解过程研究

可人工编程设计的刚性DNA分子瓦(DNA tile)中的DX分子(double-crossover，双交叉)能自组装形成二维DNA晶体。将含有二维DNA晶体的缓冲溶液程序升温，用紫外-可见分光光度计在260 nm处测定二维DNA晶体的熔解曲线，观测到了DNA晶体的多重熔解过程。AFM显微镜的研究也观测到了二维DNA晶体受热解体后的图像，表明二维DNA晶体的熔解过程首先发生在DX分子瓦间的黏性末端，然后是DX分子瓦的解体，由此推测，在DNA晶体生长过程中单链DNA相互结合成分子瓦后，分子瓦进一步自组装成晶体。     

《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

Two-dimensional(2D) nanomaterials possess sheet-like structures with the thickness of nanoscale, but the lateral size is infinite. In 2004, Andre Geim and co-workers at the University of Manchester successfully exfoliated a sheet of graphene from graphite by the micromechanical cleavage technique, which marked the beginning of 2D nanomaterials. Given the ultrahigh carrier mobility, excellent mechanical property, good thermal stability, superior thermal conductivities and huge specific surface area of graphene, it causes general exploration of other graphene-like 2D nanomaterials.===The 2D feature is unique to access unprecedented physical, chemical, electronic and optical properties. For example, the electron confinement in two dimensions makes them ideal candidates for the fundamental study in condensed matter physics and electronic/optoelectronic devices; the large lateral size endows them with huge surface area and high exposure of active sites. Due to their unique properties, 2D nanomaterials have promising applications in energy storage and conversion, electronic devices, catalytic reaction, sensing and biomedicine. By now, nearly 20 types of 2D nanomaterials have been studied, such as graphene, graphitic carbon nitride(g-C₃N₄), transition metal dichalcogenides(TMDs), transition metal carbides/nitrides(MXenes), layered double hydroxides(LDHs), transition metal oxides(TMOs), Ⅲ to Ⅵ layered semiconductor(MX₄), and perovskite-type hybrids(AMX₃).===In this special issue of the novel 2D nanomaterials, we selected 12 related articles in reviews, research papers and brief communications involving supercapacitor, electrochemical catalysis, sensing, battery, fluorescence, water treatment and antiflaming performance of 2D nanomaterials. We hope that readers will have a deep understanding of the current development of 2D nanomaterials, and find it beneficial to their future researches.===Toward this end, I greatly appreciate the outstanding contribution of all authors, as well as the strenuous efforts from the editorial staff members.     

二维光子晶体水凝胶传感器检测邻苯二甲醛

邻苯二甲醛（OPA）是一种新型化学消毒剂,在医疗机构中广泛使用,为保证使用效果和安全性,在临床使用中必须对其浓度进行检测和验证。本研究在二维光子晶体（2DPC）水凝胶中修饰乙二胺（EDA）并嵌入氨基,使水凝胶氨基功能化,制备了一种响应性2DPC水凝胶。2DPC水凝胶聚合物链上嵌入的氨基可与OPA反应,随着OPA浓度增加,水凝胶的交联密度增大,从而导致水凝胶体积发生相变,即发生收缩现象,2DPC的微球间距逐渐减小,而德拜衍射环直径逐渐增大。通过测量德拜衍射环直径的变化,并根据公式计算得到2DPC的微球间距的变化。结果表明,在101～106nmol/L范围内,OPA浓度的对数值与微球间距呈良好的线性关系。因此,基于氨基功能化的2DPC水凝胶传感器可实现对OPA的定量检测。本方法检测线性范围宽,检出限为0.21 nmol/L(3σ/k)。采用此水凝胶传感器检测了稀释的临床消毒剂中的OPA,回收率为100%～103%,相对标准偏差为1.8%～5.5%。本研究构建的2DPC水凝胶传感器可用于临床内窥镜等器械消毒剂中OPA的检测。     

复旦大学研制成功新型二维探测器光谱仪

复旦大学信息科学与工程学院日前研制成功“二维CCD阵列探测器”光谱仪，可将光谱图的绘制速度比以前提高约100倍。目前，该研究成果已获国家发明专利。     

六味地黄丸组分的二维液相色谱分离

以1个常规六通阀直接连接两支常规尺寸的色谱柱(250 mm×4.6 mm i.d.),构建简单的SCX/RP在线二维液相色谱系统,对中成药六味地黄丸组分进行了优化分离。样品经过第一维阳离子交换色谱(Hypersil SCX),洗脱产物分离后通过六通阀直接富集到反相分析柱(C18)顶端,被转移到第二维色谱柱上继续进行分离。经过11步不连续的线性梯度洗脱,二维分离系统出峰数量达到550多个,峰容量达到2266。构建的二维液相色谱系统结构简单,与一维色谱相比,具有分辨率高、峰容量大的特点。     

矩形截面毛细管电泳和二维分离

在石英单晶表面制成矩矩截面毛细管柱中进行电泳实验。由于矩形柱比圆形柱有更大散热侧面积且石英单晶的导热性能远无于熔融石英，所以可施加较高的场强，不仅提高了柱效，而且缩矩了分离时间。两相交的通道之间形成自然连接，可实现二维分离，并消除死体积。     

壬基酚分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器

以聚苯乙烯二维光子晶体为模板,壬基酚(NP)为印迹分子,甲醇为溶剂,甲基丙烯酸为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂(EGDMA),2,2-二乙氧基苯乙酮(DEAP)为引发剂,经紫外光引发聚合,得到了可特异性识别壬基酚的分子印迹二维光子水凝胶传感器.通过测量德拜衍射环直径(D)的变化(ΔD)来判断传感器的响应性能.实验结果表明,在壬基酚溶液中,水凝胶的体积膨胀导致凝胶中光子晶体的粒子间距增大,德拜衍射环直径减小.随着溶液中NP的浓度从0增加到1×10^?5 mol/L,德拜衍射环的直径减小了8.0 mm,相应的光子晶体的颗粒间距增加了25.1 nm.在1×10^-13～1×10^-8 mol/L范围内,德拜衍射环直径的变化与壬基酚浓度的对数值(lgc)呈线性关系,制备的传感器检出限低至1×10^?13 mol/L,具有较高的灵敏度、良好的特异性识别能力和稳定的可重复利用性,并且可以实现对壬基酚的可视化检测.