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这些材料竟然击败石墨烯,成为新材料之王?


2019年的NatureNature ChemistryJACS等顶刊中,新型纳米材料表现优异,其中金属有机骨架材料(MOF)、石墨炔(GDY)、金属氮化碳/氮化物(MXene)和黑磷(BP)材料作为当中的佼佼者,得到了越来越多的关注。


翻红明星MOF


MOF是Metal Organic Framework的缩写,中文全称是金属有机骨架材料,是由有机配体和无机金属离子或者团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOF是一个被NatureScience“捧红”的大明星,作为多孔纳米材料中的翘楚,MOFs近年来的发展迅猛异常,在气体分离、空气净化、水净化、工业催化、生物医药、功能器件等各个领域得到了广泛研究,近段时间更是在Nature、Nature Chemistry以及JACS等顶级期刊上频频亮相,再度以实力证明了自己“多孔明星”的地位。



全网独家 石墨炔


石墨炔(GDY)是由sp/sp2共杂化形成的新碳同素异形体,展现了已发现的碳材料难以出现的性质,由李玉良院士团队于2010年首次制备。近年来关于石墨炔的理论计算和实际实验均取得了重大进展,石墨炔可广泛的应用于钙钛矿电池、储锂材料、电池负极材料、催化还原、电子传输等领域。随着制备方法的逐渐成熟化,石墨炔材料极有可能成为继石墨烯材料之后的又一个具有巨大应用潜力的璀璨之星。


后起之秀MXene


MXene是一类具有二维层状机构的金属碳化物或氮化物,在2011年由德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授课题组合成出来。MXene材料具有类金属的导电性、良好的亲水性和机械稳定性,因而在电化学储能、电磁屏蔽、电催化、压力传感器等领域都有良好的应用前景。将MXene用作锂/钠离子电池、锂-硫电池和超级电容器等储能器件的电极材料,是当前研究的热点。在谷歌学术以“MXene”为关键词进行检索,2012年文章数量为443篇,而截止到2019年12月初,文章数量达到4910篇,MXene材料以这种井喷式增长在纳米材料领域占据越来越重要的位置。


研究热潮 黑磷


二维黑磷是近年来脱颖而出并受到广泛关注的新型半导体材料。自2014年首次被发现以来得到了研究者的广泛关注。黑磷(晶体、薄片、量子点)具有优异的表面活性、可调谐的带隙、高的载流子迁移率、温和的开/关比率、良好的生物相容性及生物降解性等特性,在能量存储与转换、光电子器件、生物医学、生物传感等领域得到了广泛的研究,常年在Nature communications、 Advanced materials、Advanced Functional Materials、Angewandte Chemie 等顶刊占据重要位置。


无所不能 钙钛矿


作为近年来最火爆的明星材料之一,钙矿得到无数研究者的拥趸。历史上发现的第一种钙钛矿是天然矿物钛酸钙(CaTiO3),钙钛矿并不是专指一种含钙和钛的某种化合物,而是一类具有ABX3结构的晶体材料的总称,其中A是较大的阳离子,B是较小的阳离子,X是阴离子,每个A离子被B和X离子一起构成的八面体所包围。钙钛矿可以制成太阳能电池,还可以制成发光二极管、催化剂,甚至可以制成未来量子计算机的元件。全无机钙钛矿、有机无机杂化钙钛矿、二维和一维等各种钙钛矿材料在光伏、光电、热电等诸多领域引发了新一轮的研究热潮。


不朽传奇经典材料


作为二维材料领域的老牌巨星,石墨烯材料在2019年仍然以92600篇的发文量(谷歌学术检索)名列前茅,单层过渡金属硫化物族化合物(MoS2、WS2、PtSe2、SnSe2、ReSe2、WS2等)也展现出强劲势头,尤其是近年来异质结材料研究的不断深入,通过不同层状材料的组成和堆叠方向的调控,或者外部电场的变化,可以实现各种新奇的物理性质,新型纳米材料正在不断以新的面貌呈现出绚丽多彩的新世界!



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