纳米人-Chem. Soc. Rev.:利用2D建筑单元开发纳米多孔材料的策略

Chem. Soc. Rev.:利用2D建筑单元开发纳米多孔材料的策略

雨辰雨辰 2020-07-25

二维（2D）材料在能量转换和储存、气体储存、化学传感以及许多与人类生活密切相关的应用中具有巨大的潜力。这些应用得益于二维材料的一个关键特征，即大的比表面积，然而，由于这些二维材料有重新聚集的倾向，容易导致比表面积显著减小。

有鉴于此，肯特州立大学Mietek Jaroniec等人，综述了近年来利用二维材料作为构筑单元制备纳米多孔材料的研究进展。

本文要点

1）综述了用于在3D材料中生成纳米孔隙的策略(包括软模板和硬模板)，并以氮化碳和石墨烯材料为例，展示了它们对2D材料的适应性。由于建筑单元的2D性质，可以通过在2D材料的平面上打孔来生成新型的纳米孔。这些面内纳米孔在二维材料的许多新兴应用中是必不可少的，例如半透膜。因此，它们的制备方法，包括合成后活化、离子轰击、电子束钻孔和纳米蚀刻等，进行较为详细地介绍。最后，讨论了通过制造2D-0D，2D-1D和2D-2D逐层复合结构来防止2D材料重新堆叠的技术。

2）尽管软模板法被发明用于在二氧化硅中制造纳米孔，并随后被很好地适用于碳材料，但它并不十分适用于氮化碳和石墨烯材料，这主要是因为缺乏合适的前体，而且需要高温在模板胶束周围形成交联的中间体。而硬模板法更通用，通过使用具有不同结构的硬模板或通过不同的途径进行合成（例如，初期湿润浸渍，成膜和胶体压印），已经合成了具有各种3D结构和孔形状（例如，通道状，球形或两者的组合）（例如整料，空心纳米球的组合等）的氮化碳和石墨烯材料。

3）就在单层或多层二维层状过渡金属硫属化合物纳米片（TMDs）中创建纳米孔而言，上面讨论的方法，包括合成后活化和聚焦离子束钻孔已被采用。然而，由于层数较少的TMD非常脆弱，而且在化学腐蚀过程中孔隙成核迅速，可以使用支撑性基材和保护层在完整且较大的（约厘米级）2D TMD膜中产生纳米级孔。

总之，该工作不仅有助于提高对制造纳米孔的传统策略的理解，而且有助于对这些策略进行必要的改进以制造其他二维材料，包括那些最近发现的MXenes,磷烯等。