SCIENCE CHINA Chemistry二維材料綜述合集

SCIENCE CHINA Chemistry 近期發表了一系列二維材料相關的綜述，敬請關注！

1.聚合物氮化碳：通過調控結構來優化光催化性能

圖1 制備g-C₃N₄納米片的剝離策略的示意圖

作為二維材料家族中的一員，聚合物氮化碳(g-C₃N₄)納米片在環境凈化和太陽能轉換等領域具有巨大的應用潛力，如水分解、CO₂還原、分子氧活化、選擇性有機合成等。然而，本征碳氮化物仍存在一些問題，如光捕獲效率低、電荷重組概率高、及表面光催化反應速率低。采用結構工程(structural engineering)的方法可以獲得電學/光學性質更為優異的先進g-C₃N₄材料。在這篇綜述中，中國科學技術大學謝毅院士、張曉東副教授及清華大學朱永法教授等總結了可用于優化2D g-C₃N₄光催化性能的最新策略，及其與光誘導產物行為的關系。此外，詳細討論了通過優化材料構造來調制能帶結構和促進電荷分離的策略。最后，提出了聚合物氮化碳基光催化劑的發展方向和挑戰。

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

2. 二維材料中的晶相控制

圖2 TMD的多種結構模型

由于二維材料(2D materials)特殊的結構形式，很多新型晶相在二維材料中被發現。這些晶相不僅與它們的體相結構不同，而且具有很多結構依賴的性能。南洋理工大學的張華教授以及南京工業大學的黃曉教授和李海教授等總結了二維材料晶相控制的最新進展，包括VI族過渡金屬二硫化物(VITMDs)、IVA族金屬硫化物(IVAMC)和貴金屬。對于每組材料，作者首先介紹現有的不同晶相及其結構相關的性能，然后詳細討論形成這些晶體結構的影響因素及可能的晶相控制策略。例如，作者討論了用于二維 VITMDs，IVAMC和貴金屬的晶相控制生長或后生長處理策略的最新進展。對于VITMDs，它們的相變可以通過離子嵌入、合金化/摻雜、電子注入、外加電場、缺陷工程、應變調控等來實現。相比之下，IVAMC的晶相控制主要依賴于生長溫度。盡管固態相圖可以指導溫度的調節，但是其他因素如生長基質，還原劑的使用，反應物的量和比例也可能影響最終產物的晶相。通過熱處理以及電子束照射可以產生缺陷，例如硫屬元素空位，從而導致了MX₂到MX的化學計量轉變。至于二維貴金屬，除了涉及高能量的極端條件，例如高壓和高溫處理，可以利用材料表面的配體交換和二次生長不同金屬等方法在溫和條件下誘導其發生相變。最后，作者還提出了這一研究方向面臨的挑戰和機遇。

文獻鏈接：Crystal phase control in two-dimensional materials.?(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9326-y)

3.用于癌癥治療的2D納米材料的最新進展

圖3 代表性的2D納米材料和相關的抗癌機制

自2004年石墨烯機械剝離制備法報道后，二維（2D）納米材料在各領域引發廣大關注，尤其是在抗癌治療的諸多方面展示了巨大潛力，典型應用包括光動力學治療，光熱治療和抗癌藥物遞送。越來越多的研究表明，這些抗癌功能可以協同組合，以達到更好的治療效果。基于2D納米材料的癌癥治療是一個相對較新的領域，并且用于抗癌治療的大多數2D納米材料仍處于研發的初步階段，它們與人體之間的相互作用機制仍有待進一步闡明。在這些方向的深入研究有助于提高相關納米治療手段的臨床療效，同時盡可能減少不良副作用。相關領域的突破性進展將大大促進基于2D納米材料的抗腫瘤療法的開發。南洋理工大學趙彥利教授和重慶大學羅忠教授等總結了用于癌癥治療的功能性2D納米材料的設計和制備等方面的最新研究進展，其應用涵蓋藥物輸送、光動力療法和光熱療法。該綜述詳細討論了2D納米結構材料的抗癌機制，分析了相關的安全性問題，可為2D納米結構材料在抗癌領域的應用提供指導。

文獻鏈接：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：能源領域的挑戰和機遇

圖4 相圖：頂點處的單一雜交狀態的碳組成的材料，沿邊緣包含兩種雜交狀態的混合物的材料以及三角形內具有所有三種雜交狀態的材料

石墨炔（Graphdiyne, GDY）是一種新型的二維（2D）碳同素異形體，是由sp和sp²碳共雜化形成的單原子厚的二維平面網絡結構全碳分子，是材料科學領域的一顆迅速崛起的明星。因其獨特的化學結構、電子結構及奇特的化學和物理性質，石墨炔迅速成為化學、物理和材料科學領域研究的焦點，受到科學家的極大關注。石墨炔在能源、催化、光學、電學、光電子器件等諸多領域展現出巨大的應用潛力，在國際上產生了重要影響，正在全球范圍內形成新的研究方向。中國科學院化學研究所李玉良院士、北京大學張錦教授、劉忠范院士和國家納米科學中心趙宇亮院士等人共同撰寫了有關GDY研究的最新綜述，重點闡述了石墨炔在能源領域的理論和實驗研究進展，介紹了石墨炔基新型能量轉換和儲能的重要成果，并探討了石墨炔材料未來挑戰和機遇，認為石墨炔奇特的結構和性質有可能突破當前可再生能源和清潔能源材料發展和利用的瓶頸。

文獻鏈接：2D graphdiyne materials: challenges and opportunities in energy field.?(SCIENCE CHINA Chemistry, 2018, DOI: 10.1007/s11426-018-9270-y)

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