在过去的几十年里，二维(2D)单元素材料(Xenes)的研究得到了迅速的发展，在光电器件、生物医学、催化和能量存储等领域具有广阔的应用前景。除了石墨烯和磷烯，最近出现的2D Xenes，特别是石墨二炔、硼烯、砷烯、锑烯、铋烯和碲烯，由于其独特的光学、电学和催化性能，吸引了大量的兴趣，使其具有更广泛的有趣的应用。

有鉴于此，美国纽约州立大学Paras N. Prasad教授和深圳大学张翰教授等人，基于理论和实验结果总结了这些新兴 Xene 的结构和性质。介绍了它们的制造合成方法，主要是自下而上和自上而下两种。并给出了表面改性的策略。进一步讨论了这些新兴Xene在非线性光学器件、光电子学、催化、生物医学和能源应用中的广泛应用。最后，对这一领域的现状进行了评估，描述了现有的科学和应用挑战，并讨论了这一领域可能的发展方向。

本文要点

1）要真正推进实际应用，Xenes相对于3D材料和其他2D材料的优势需要通过实验明确研究和确认。二维材料具有高表面体积比、柔性、高存储容量和长旋转寿命的优势，需要进行大量的研究，以实现相对于成熟的三维材料和其他低维材料的商业化优势。然而，尽管面临重大挑战，这些新兴材料的独特特性将影响未来的技术应用，为电子、光子学、传感、生物医学应用、催化和能源系统带来革命。

2）要解决的一个问题是确定这种纳米平台对不同应用的影响因素。电光特性、带隙变化、不同的载流子迁移率、缺陷或异质结构如何调制电子和光学结构，以及形态和尺寸是否影响性能，仍有待解释。此外，在生物医学应用领域，Xenes在生物过程中的副作用和细胞毒性还有待全面确定，尤其是其长期影响。在催化方面，多相催化反应中多组分的近邻和耦合相互作用，引发协同催化效应，但这些复合体系的战略设计和精确构建仍然是一个挑战。在能源应用方面，Xenes 具有优异的机械性能、优异的导电性和高比表面积，适用于制造电容器和电池的阳极。它们作为正极材料的应用和基于绿色技术的水净化也是主要的研究方向。Xenes的应用也提高了太阳能电池的整体性能。

参考文献：

Zhongjian Xie et al. Chemistry, Functionalization, and Applications of Recent Monoelemental Two-Dimensional Materials and Their Heterostructures. Chem. Rev., 2021.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00165

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00165