新型二维功能材料及衍生物的设计和制备

二维功能材料的制备方法常见的有以下几种:(1)机械剥离或液相剥离具有面间弱相互作用、面内强共价键合作用的层状材料生成单层或少数层的二维材料;(2)化学合成方法;(3)Langmuir-Blodgett单分子膜技术法;(4)层层自组装法;(5)化学气相沉积法;(6)分子束外延法和(7)原子层沉积技术法。这些材料及其有机-高分子衍生物具有独特的结构特征和优异的性质,在场效应晶体管、光调制器、锁模和Q开关激光、光限幅、信息和能源存储、射频器件、化学传感器等领域具有重要的潜在应用价值。近年来,除了众所周知的石墨烯外,其他诸如类石墨烯的无机纳米材料(六方氮化硼、过渡金属卤化物、石墨化氮化碳、层状金属氧化物等)、二维聚合物、金属-有机框架、钙钛矿、黑磷等二维材料也被广泛研究或探索。开发或探索更多二维材料应用的关键是设计和制备新颖的二维材料和它们的有机-高分子衍生物。在不久的将来,兼具规模经济和功能行为的二维材料化学的突破将极大地驱动新型二维材料应用领域的拓展。本文综述了二维材料的基本概念、研究进展、亟待解决的关键问题和未来的发展趋势。     

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼(graphene-like MoS₂)是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维(2D)层状化合物, 近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点. 本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法, 包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法, 以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法; 介绍了其常用的结构表征方法, 包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等; 概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见(UV-Vis)吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理; 总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展, 展望了这类新型二维层状化合物的研究前景.     

三维石墨烯粉体的仿生模板CVD制备:通向高效溶液加工

<正>高质量石墨烯的大批量、低成本生产对加快推动二维晶体材料的工业化进程至关重要。传统的化学剥离法已经可以实现年产量在吨级以上的石墨烯粉体的低成本制备。然而,该法生产的石墨烯往往存在结晶度低、表面残余富氧官能团和金属杂质等问题,片层之间存在的强π-π相互作     

有机或金属-有机二维纳米材料的制备与应用

对石墨烯等二维材料的研究进一步引发了人们对相似结构的其他有机、金属-有机二维层状纳米材料的浓厚兴趣. 这些二维材料由于其优异的化学可剪裁性而受到关注, 预期未来在电子器件、催化和小分子分离等方面具有广泛的用途. 这篇综述系统地介绍了目前制备有机基二维材料的自上而下和自下而上的两大类方法, 总结了有机基二维材料在生物识别、小分子分离和纯化以及电学方面的应用, 最后讨论了有机基二维材料目前在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能发展的研究方向.     

有机或金属-有机二维纳米材料的制备与应用（英文）

对石墨烯等二维材料的研究进一步引发了人们对相似结构的其他有机、金属-有机二维层状纳米材料的浓厚兴趣.这些二维材料由于其优异的化学可剪裁性而受到关注,预期未来在电子器件、催化和小分子分离等方面具有广泛的用途.这篇综述系统地介绍了目前制备有机基二维材料的自上而下和自下而上的两大类方法,总结了有机基二维材料在生物识别、小分子分离和纯化以及电学方面的应用,最后讨论了有机基二维材料目前在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能发展的研究方向.     

二维蛋白质分子印迹聚合物

本文对二维蛋白质分子印迹进行了综述：介绍了二维蛋白分子印迹的基本概念;阐述了常见二维蛋白质分子印迹方法的基本原理,包括表位印迹法、溶胶-凝胶法、射频光电等离子沉积法和Langmuir单层法等;根据二维蛋白分子印迹材料的不同形式,详细叙述了二维蛋白质分子印迹薄膜、核-壳微球、纳米线、Langmuir脂质体单层的制备过程、结合能力、选择识别性能;分析了目前二维蛋白质分子印迹技术存在的一些不足和进一步研究的方向。     

电沉积法制备石墨烯纸-金属复合材料的初步研究

石墨烯纸具有优良的导电导热性能,但强度和硬度较低。为了获得良好的综合力学性能以提高石墨烯纸的实用价值,本文提出了制备石墨烯纸-金属复合材料的构想,从实验上初步研究了电沉积法制备石墨烯纸-金属复合材料的可行性,并探究了石墨烯纸与电沉积金属界面结合情况。采用两种常见镀层金属Cu、Cr,在实验室使用电沉积法制备了石墨烯纸-Cu,石墨烯纸-Cr两种复合镀层材料。利用扫描电镜对复合材料的表面形貌和横截面进行了表征,结果显示石墨烯纸-Cr复合材料的界面结合相对紧密。本文首次将二维错配度应用到石墨烯纸与金属镀层界面结合力分析中,通过计算分析,常温下C 的（0001）面与Cr的（110）面的二维错配度为7.26%,晶格匹配度良好. 随温度升高,C-Cr界面错配度值减小,即晶格匹配度增加,另外C-Cr二元相图显示C与Cr发生反应生成的碳化物将进一步增强其界面结合。     

CVD 法制备三维石墨烯的电化学储能性能

维石墨烯是由二维石墨烯构成的三维网络结构,多孔的网络结构赋予了三维石墨烯超大的比表面积、超高的机械强度以及优异的电子传输通道. 因其优异的性能,三维石墨烯及其复合材料已经广泛地应用于能源、化学和生物等研究领域. 在三维石墨烯的合成方法中,化学气相沉积法由于制备的三维石墨烯具有高纯度、良好结晶性和优异的机械性能而备受推崇. 本文结合当前研究热点,综述了化学气相沉积法制备三维石墨烯及其复合材料在电化学储能领域（铝电池、锂离子电池、锂-硫电池、钠离子电池、金属-空气电池、超级电容器）中的应用,并简要评述当前化学气相沉积法制备三维石墨烯在应用中所面临的挑战及发展前景.     

基于层状过渡金属氧族化合物原位插层结构的研究进展

利用客体插层剂原位插层到二维层状材料, 不仅能够在原子尺度上实现对材料电子结构和本征物理性质的调控, 提高材料的载流子浓度、迁移率、磁学、光学和热学等物理性质, 而且还有望拓展其在光电子器件、能源存储与转化以及光电催化等方面的应用. 近年来, 探索合适的方法制备具有不同类型和功能的二维插层新结构已逐渐成为材料科学、物理、化学等领域的研究热点. 由于独特的电子结构和优异的性能, 二维层状过渡金属氧族化合物材料作为插层主体的插层结构受到了研究人员的广泛关注. 本文选取过渡金属氧族化合物为对象, 综述了不同种类插层剂原位插层合成方法(如碱金属插层、非碱金属原子插层、聚合物插层、有机小分子插层、还原氧化石墨烯插层), 提出了通过系列方法影响层间作用力以及利用晶体各向异性等工艺来实现新型插层结构的原位合成策略, 并展望了新型插层材料在电、磁、光、热、锂电、催化等众多领域的潜在应用前景.     

高分子/石墨烯纳米复合纤维研究进展

石墨烯作为二维单原子层纳米材料,性能优异,可与高分子通过物理、化学复合得到纳米复合材料。其中,通过纺丝得到高分子/石墨烯纳米复合纤维,与其它一般复合材料相比,既有相同之处,又有其独特特点。例如,均面临石墨烯片层的剥离和分散难题,在解决此难题的基础上,有望在极低含量下实现效能的显著提升;而纤维在拉伸驱动下取向、结晶、相分离和自组装等行为,则是特殊而又值得深入研究的问题。本文综述了高分子/石墨烯纳米复合纤维的最新研究进展,主要包括其制备方法、结构与性能、潜在应用等。     

石墨烯/高分子复合薄膜的制备及应用

石墨烯是一种单原子厚度的二维碳纳米材料,具有优异的光、电、热和力学性能,以及巨大的比表面积.石墨烯与高分子之间能够通过共价或非共价作用(氢键、π-π作用、静电作用等)进行复合.这些相互作用既增加了石墨烯在高分子中的溶解性或分散性,也可以提高复合材料的性能或拓展其功能.目前常用的制备石墨烯高分子复合材料的方法有溶液混合、熔融共混和原位聚合等.该类复合材料可以通过蒸发溶剂、溶液涂覆、真空抽滤、层层自组装等途径加工成相应的复合膜.石墨烯高分子复合薄膜在制备高强度结构材料、超级电容器、光伏器件、锂离子电池负极材料以及传感器等方面具有重要的应用价值.本文综述了近年来石墨烯高分子复合薄膜的制备和应用方面的研究进展,并对该领域进行了展望.     

科学家首次实现锗基石墨烯大规模生长 将助推石墨烯在半导体工业界广泛应用

中科院上海微系统所信息功能材料国家重点实验室SOI课题组与超导课题组,采用化学气相淀积法在锗衬底上直接制备出大面积、均匀的、高质量单层石墨烯。相关成果日前发表于《自然》杂志子刊《科学报告》。石墨烯在机械、电学、光学和化学方面的优异性能,具有巨大的应用前景。目前,化学气相沉积法是制备高质量、大面积石墨烯的最主要途径。但是,在石墨烯的生长过程中,金属基底是必不可少     

二维材料及其量子点在分离科学领域的研究进展

二维材料是一种新型的分离材料,具有原子尺寸、机械强度优异、比表面积大、表面化学丰富以及 物理、化学稳定性良好等特性,引起了分离科学领域研究人员的广泛关注,其中以石墨烯为典型代表。随着 对石墨烯材料的广泛研究,相继发展了二维过渡金属硫化物（TMDs）、层状双氢氧化物（LDHs）、金属有机框 架（MOFs）、共价有机骨架（COFs）、二维过渡金属碳化物或碳氮化物（MXene）、六方氮化硼（h-BN）等多种新 兴二维材料。该文介绍并讨论了二维材料及其量子点的特点及应用,重点介绍了二维材料及其量子点在膜分 离、固相萃取/固相微萃取、液相色谱、气相色谱、毛细管电色谱等分离科学领域中的应用。此外,还探讨了 二维材料在分离科学领域中面临的挑战及应用前景。     

三维石墨烯材料制备方法的研究进展

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因其众多独特而优异的理化特性,已成为近年来材料科学领域中最耀眼的明星材料。整合二维(2D)石墨烯形成具有微纳米结构的三维(3D)石墨烯材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性。近期研究发现,基于3D石墨烯构建的功能器件在储能、环境、传感及生物分析领域表现出更为突出的性能。因而,制备新型3D石墨烯材料已成为当前石墨烯化学的研究热点。目前3D石墨烯材料的制备方法主要包括溶液自组装、界面自组装、模板介导合成法等。通过改变原材料或制备方法,可以有效调控3D石墨烯柔韧性、多孔性、活性面积、电子传递速度及传质等性能。本文介绍了当前3D石墨烯材料制备方法的研究进展,并简要评述3D石墨烯材料制备研究中所面临的挑战及应用前景。     

金属-分子-金属结器件研究进展

有机功能分子是新型纳光电器件研究热门材料之一, 多用金属-分子-金属结方法研究其荷电输运特性.本文从无损制备、微纳尺度及可寻址性等方面, 综述了金属-分子-金属结器件研究进展. 将制备方法归为软接触法、扫描探针显微镜法、对电极法、交叉线法、角沉积法和纳米孔法等六大类, 并分析了不同方法及实验参数对荷电输运特性的影响. 总的来说, 扫描探针法可用于分子电学特性的快速统计分析, 但可寻址性差; 纳米孔分子结具有良好的可寻址性, 可用于分子输运特性的变温研究, 但上电极沉积可导致分子层破坏或界面特性不确定; 角度沉积法和软接触法可有效减少电极热沉积对分子层的烧蚀, 但器件尺度较大; 对电极法可获得纳米级可寻址分子结, 若结合模板压印交叉纳米线法制备电极, 则在无损分子器件研究及其集成方面有很好的前景.     

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.     

类石墨烯化学中的挑战与机遇

类石墨烯结构超薄的厚度、较大的比表面积和优良的柔韧性为满足人们对便携式透明纳米器件的需求带来了希望.将类石墨烯结构的制备从典型层状材料扩展到层间具有较强作用力的准层状材料以及非层状材料,不但能够丰富类石墨烯材料的种类,而且还可能带来一系列革新的性能和广泛的应用.但是,由于类石墨烯材料在第三维度上缺乏长程有序,使其低维结构的表征和清晰构效关系的建立较为困难.本文系统总结了典型层状结构、准层状结构以及非层状结构类石墨烯材料的制备方法,调研了最近对类石墨烯材料精细结构和缺陷结构的研究进展以及对类石墨烯材料电子结构的调控方法,强调了它们结构-性质之间的关系.另外,描述了基于类石墨烯结构的透明、柔性器件在光电化学催化、光探测器、光电转换、超级电容器等领域中表现出的优异性能和广阔的应用前景.期望本文能够加深人们对这一领域的理解,为今后高效能源器件的设计提供指导.     

三维石墨烯基材料的制备、结构与性能

石墨烯具有单层碳原子组成的六方晶系晶体结构及独特的电学、化学、力学和热学性质。然而,由于石墨烯片层之间较强的π-π键和范德华力,导致易团聚或堆积,使其比表面积大幅减小,严重损害其性能。解决上述问题的最有效方法之一是构建具有多孔结构的三维石墨烯基材料,不仅保留了石墨烯优秀的导电性能和力学性能等本征特性,而且获得密度低、比表面积大、孔隙率高等结构优点,进而满足吸附剂、催化剂载体、生物传感器及电池与超级电容器电极材料等先进功能材料领域的应用需要。因此,开发三维石墨烯基材料的先进制备方法成为本领域研究的热点方向。本文综述了三维石墨烯基材料的现有制备方法,包括自组装法(水热还原法、化学还原法及冷冻干燥法)、模板法(胶体模板法、模板辅助化学气相沉积法及模板辅助水热还原法)和3D打印法(直写成型法、喷墨打印法、熔融沉积成型法、光固化成型法、选区激光烧结法及选区激光熔融法),总结了上述方法的优点及当前存在的主要问题,并且对三维石墨烯基材料制备技术的发展方向进行了展望。     

基于石墨烯基材料的非金属液相催化反应

非金属碳基催化剂因其具有合成简单、结构稳定、比表面积大、可调控性强等特点受到了研究者的关注,已成为最活跃的研究领域之一。以二维、单原子层、六方结构的碳为基础的石墨烯和其高度氧化形态——氧化石墨烯是一类新兴的碳基材料。这类材料在催化领域的应用在近五年内才刚刚兴起。此类材料可用于烃类转化、有机化学合成、能源转化等多种催化反应,本文主要综述了采用化学氧化还原法制备的石墨烯和氧化石墨材料为催化剂的各类催化反应的最新研究进展。     

二维硫化钼的溶液法制备及其复合材料在光、电催化领域的应用

作为二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDs）的成员之一,MoS₂因其独特的物理化学性质及在自然界中丰富的含量成为目前研究最广泛的一种半导体。凭借超薄的层状结构和可调控的禁带宽度,单层和多层的二维MoS₂纳米材料在众多研究领域都备受关注。基于溶液法的合成工艺（如超声辅助液相剥离和湿化学合成法）有望实现大规模、高产量地制备二维MoS₂纳米材料,更重要的是,基于溶液法合成的二维MoS₂纳米材料便于作为模板或者载体来制备功能性复合纳米材料,有利于进一步提升其在相关应用中的性能。本文重点介绍了基于溶液制备二维MoS₂纳米材料的各种合成方法,同时特别关注了溶液法制备的二维MoS₂复合纳米材料及其在光、电催化方面的应用,并展望了溶液法合成二维MoS₂及其复合材料的应用前景和挑战。