Chem. Soc. Rev.: 用于能源和催化应用的石墨烯外元素2D材料

雨辰

2021-08-14

由于其独特的物理、化学和电子特性，元素二维 (2D) 材料已成为能源和催化应用的有希望的候选材料。这些材料在提供巨大的表面积与体积比、有利的传输特性、有趣的物理化学特性以及二维超薄结构产生的限制效应方面具有优势。

有鉴于此，美国普渡大学武文倬教授和香港城市大学张华教授等人，综述了除石墨烯以外元素二维材料的新兴能源和催化应用的最新进展。

本文要点

1）首先，简要介绍了二维元素材料的一般分类、结构和性质以及材料制备的新进展。然后，讨论了能量收集和存储方面的各种应用，包括太阳能电池、压电和摩擦纳米发电机、热电设备、电池和超级电容器。进一步讨论了用于电催化、光催化和多相催化的石墨烯以外二维材料的探索。最后，讨论了元素二维材料在能源和催化领域未来发展的挑战和前景。

2）随着各种新材料的报道和探索，元素2D材料的研究获得了越来越大的动力。尽管在相关领域取得了巨大的进展，但要全面了解并充分发挥元素二维材料在能源和催化应用方面的潜力，还有许多工作要做。（a）在大多数情况下，对工艺-结构-性质-性能的关系仍然缺乏基本的理解，这使得控制和设计材料合成和器件性能具有挑战性。（b）高质量、高可靠性的相关材料的可扩展合成对实际应用和基本表征至关重要。对生长机理的全面了解使研究人员能够根据设计定制二维材料的尺寸、厚度和均匀性。（c）开发简单有效的方法来大规模生产高质量的二维材料。

3）未来的研究方向包括：(1) 实验工作和理论计算之间的协同作用也至关重要，不仅对于材料合成和表征，而且对于器件性能和应用开发。(2) 对于能源相关应用，能源转换/存储效率和器件性能有待进一步提高。(3) 对于催化相关应用，催化剂的活性和稳定性以及产物选择性是需要解决的关键问题。(4) 尽管已经报道了许多关于元素 2D 材料的令人兴奋的结果，但它们通常受到其固有特性的某些方面和与加工相关的结构缺点的限制。

参考文献：

Feng Ru Fan et al. Emerging beyond-graphene elemental 2D materials for energy and catalysis applications. Chem. Soc. Rev., 2021.

DOI: 10.1039/C9CS00821G

https://doi.org/10.1039/C9CS00821G