二維納米材料
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-27
二維納米材料的實例教程
【引言】
二維材料的概念最初是由石墨烯引入的。石墨烯是一種從石墨中剝離出的單原子層碳材料，具有顯著的各向異性和電子特性。在科學家的努力下，其他種類的超薄二維納米材料被開發出來，其中包括單層或幾層的過渡金屬二硫化物、金屬氧化物、層狀雙氫氧化物、六方氮化硼、石墨氮化碳、金屬碳化物、金屬氮化物以及一系列單元素化合物，比如黑磷、單層砷烯、銻烯等。這些材料具有單原子和幾個原子的厚度，層與層之間具有獨特的鍵合作用。這些材料在平面內具有很強的共價鍵合作用，以及層與層之間較弱的范德華作用。這種較弱的范德華作用使其可以很容易地從材料本體剝離形成超薄的納米片層。這些超薄的納米片層由于各向異性，會和本體材料有完全不同的性質。
二維納米材料由于層狀的性質，早期被用于潤滑劑。通過科學家的努力，二維材料憑借其電子結構和獨特的物理性質在很多方面都有應用。石墨烯是一種零能量的半金屬，因為電子高度流動，從而展現出卓越的導電性。通過調整過渡金屬和硫化物種類，過渡金屬二硫化物可以實現作為半導體、絕緣體和純金屬的屬性。絕緣體h-BN和半導體g-C3N4具有很好的熱穩定性和化學穩定性。二維納米材料的這些性質，使其被廣泛地應用在電子器件、傳感器和催化等方面。由于可持續能源的發展，二維材料在這些領域的應用因為受到的廣泛的關注和發展。電催化是未來清潔能源的核心，而二維材料是傳統貴金屬催化劑的很好的替代品。
二維材料在催化領域應用的潛力主要可以概括為三個方面：較大的表面積、機械性能以及很強的傳導性（熱和電）。二維材料較大的比表面積可以提供較多表面活性位點；優異的機械性能可以提供催化的持久性；熱導率可以輔助反應中產生的熱擴散。
展開 【引言】
最近，由于二維納米材料具有獨特的理化性質、微觀結構和孔徑篩分的特性，常用于設計高性能的分離膜，突破Robeson上限。其中，類水滑石（LDHs）作為一類二維納米材料，具有均勻的層間通道，允許在通道高度與客體分子的動力學直徑相當的條件下進行精確的篩分。因此，在膜分離方面展現出良好的應用前景，被認為是制備高性能分離膜的理想材料。
【成果簡介】
近日，寧波大學的李硯碩教授和大連理工大學的劉毅教授（共同通訊作者）等人首次總結了LDHs納米材料用于氣體和液體膜分離過程的最新研究進展，包括其制備、結構、性質及應用，并展望了LDHs在膜分離領域的發展前景。在J. Membr. Sci 上發表了“Recent advances in layered double hydroxides (LDHs) as two-dimensional membrane materials for gas and liquid separations”的綜述論文。作者闡述了LDHs納米材料的制備、剝離和修飾方法，并詳細的介紹了引入LDHs在氣體和液體分離膜中所起的作用。該論文的第一作者為寧波大學的逯鵬博士，北京林業大學的王強教授為合作作者。
【圖文導讀】
1.LDH
s
的結構
和修飾
圖1.
展開 近日，材料領域權威期刊Advanced Functional Materials在線發表了西工大納米能源材料研究中心題為“Graphene-Enhanced Nanomaterials for Wall Painting Protection”的研究性論文，并被選為封面類文章。該論文以中心博士研究生朱金萌為第一作者，魏秉慶教授和李炫華教授為通訊作者。
Advanced Functional Materials創刊于2001年, 由德國Wiley-VCH出版社出版，是材料學領域最具影響力的期刊之一，期刊論文評選嚴格，在納米材料、物理、化學等領域都具有很大學術影響力。當前影響因子為13.32。
一直以來，作為寶貴財富的古代館藏壁畫日益受到嚴重的損壞。由于極好的兼容性，無機納米材料[如納米Ca(OH)2]作為一種具有良好前景的壁畫保護材料而受到廣泛關注。然而，到目前為止，其合成方法仍然成本高，操作復雜，而且通常使用有機溶劑。此外，Ca(OH)2的粒徑大、碳化慢、加固強度低等問題仍未得到解決。
本工作通過采用簡便經濟的水溶液方法巧妙地合成Ca(OH)2/石墨烯量子點(GQD)[Ca(OH)2/GQD]雜化納米材料，提出了全新的壁畫保護概念“石墨烯增強納米材料對壁畫的保護”。研究結果顯示，Ca(OH)2/GQD納米材料的顆粒小（約80納米）、尺寸均勻，且對壁畫顏料具有強的粘附性。更重要的是，由于GQD的存在，Ca(OH)2完全碳化成一種穩定的“方解石”相，該相對于壁畫加固十分重要。
此外，Ca(OH)2/GQD具有抗紫外線能力。比較結果顯示，Ca(OH)2/GQD雜化納米材料相對已報到的氫氧化鈣保護材料具有更好的保護效果，開辟了新興二維納米材料應用于文化遺產保護新的方向。
展開 與石墨烯和g-C3N4類似，構筑MoS2與包括富勒烯在內的其他功能材料的復合材料可有效提高MoS2的光催化制氫活性。
5．富勒烯/其他二維材料的復合材料
2D h-BN是一種sp2雜化的寬帶隙半導體(5-6eV)，其具有類似于石墨烯的結構。作為間接帶隙半導體，h-BN具有獨特的電子特性、較低的介電常數、較高的導熱率和化學惰性。雖然h-BN是絕緣體，但其電子特性可以通過摻雜、取代、官能化和復合來容易地調控。鑒于C60具有較窄的帶隙，將h-BN與C60復合是調節h-BN的電子性質的有效策略。
黑磷(BP)具有0.3~2.0 eV范圍內可調直接帶隙的獨特能帶結構以及約1000 cm2·V-1·s-1的較高電荷載流子遷移率，作為2D納米材料的新成員之一，其在晶體管、生物醫學以及能量轉換和存儲等領域具有廣泛應用。然而，2D BP納米片在環境條件下容易被氧化，因為每個磷原子具有孤對電子，其容易與吸附在BP納米片表面上的氧反應。因此，改善BP的環境穩定性是其實際應用的先決條件，將BP與另一種穩定的功能材料復合是解決方案之一。盡管有關BP與其他2D納米材料(尤其是石墨烯)復合已廣泛報道，但很少有關于BP和富勒烯復合的研究報道。2014年，研究人員類比BP-石墨復合材料的制備，通過機械化學球磨方法合成了BP-C60復合材料。
【小結】
綜上所述，2D納米材料與富勒烯復合不僅可以實現2D納米材料的物理/化學性質的調控，而且還可以誘導2D納米材料產生新的性質，從而顯著擴展2D納米材料的功能和應用。
展開 MXene復合體系HER研究
在電催化方面，研究表明不同官能團對于MXene電催化性能有著十分顯著的影響，其課題組通過實驗和理論兩方面進行驗證發現表面覆蓋氟官能團的MXene材料對于產氫催化有著積極地影響。在實驗上，Mo2C是一種最為常見的電催化MXene材料，諸如Mo2C/2D-NPCs、氮摻雜的Mo2C[8]納米片都表現出了很好的電催化性能。
2.3 MXene在CO2RR催化方面的研究
圖8. MXene在
CO2
RR方面的理論研究
李能教授課題組從新型二維材料MXene 的表界面結構的結構計算設計出發、深入研究CO2捕獲與光催化還原的電子輸運物理機制，提出實現新型的高效光催化還原CO2材料體系的策略；研究了在酸性條件下，MXene-Tx(T=OH)中的羥基還原成H2O 的電化學機理，從理論上證明了形成干凈的MXene 表面的可行性。同時，武漢理工大學余家國課題組合成了2D/2D超薄Ti3C2/Bi2WO6異質結納米復合材料，發現其在CO2RR方面催化性能有有明顯的提升。
2.4. MXene在N2RR及其他環境催化方面的研究
李能教授及其合作者，運用第一性原理計算，證實了MXene 能作為良好的催化還原N2為人工合成氨的載體；同時在有機污染物降解方面，解修強等人合成了Ti3C2/CdS 2D/2D復合材料，Ti3C2Tx助催化劑不僅用為電子介體增強對CdS中電子的提取，也抑制了空穴的光腐蝕作用，使得電子的壽命得到了提升。
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UI界面如圖，詳情見論文：10.1016/j.compstruct.2023.117384，親測好用
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作者首先追溯了二維膠體的歷史，探討了在液晶研究背景中二維納米材料纖維的概念，詳細闡述了制備的動機、原理和可能的策略。然后文章重點關注了石墨烯纖維的出現、發展和應用。此外，二維納米纖維的最新進展以及未來發展趨勢也被概括描述。
納米級材料尺寸如何測量？
在納米科技的浪潮中，材料尺寸的精確測量成為了科研和工業應用的關鍵。納米級材料因其物理化學特性，在電子、醫藥、能源等多個領域展現出廣泛的應用前景。然而，如何準確測量這些材料的尺寸，尤其是當尺寸達到納米級別時，對技術提出了高要求。中圖儀器作為一家專注于3D測量技術的高新技術企業，在這方面取得了顯著的成就。
創新驅動，技術領先
中圖儀器專注于精密儀器研發
在納米顯微測量領域，中圖儀器基于納米傳動與掃描技術、白光干涉與高精度3D重建技術、共聚焦測量等技術積累，推出了具有自主知識產權的白光干涉儀（Z向分辨率可高達0.1納米）和共聚焦顯微鏡，廣泛應用于半導體、3C電子、高校科研等行業領域。
從納米到宏觀，產品解決方案全面覆蓋，滿足多樣化需求：
1、光學3D表面輪廓儀
SuperView W系列光學3D表面輪廓儀利用白光干涉技術
2024深圳國際納米材料與石墨烯材料展覽會
時間：2024年6月26日-28日 地點：深圳國際會展中心
展會介紹：
2024深圳國際納米材料與石墨烯材料展覽會將于2024年6月26-28日在深圳國際會展中心與您相約，為納米材料與石墨烯材料行業搭建了一個技術交流、促進合作、擴大上中下游貿易、提高品牌及企業知名度的平臺。
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點，在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重，這就對導熱聚合物基復合紙的導熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾
來源 | Advanced Functional Materials
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背景介紹
聚合物基材料由于其優異的靈活性，重量輕，優良的可加工性和低成本的特點，在大功率微電子器件的熱管理方面引起了廣泛的關注。但是，大多數聚合物具有相對較低的導熱系數，范圍為0.1至0.5 W/mk。提高聚合物導熱性的一種簡單而有效的方法是將高導熱填料(如金屬、陶瓷
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面，層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸，使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比，這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢，使其非常適合小型化
石墨烯是一種由六元碳環組成的二維納米材料。它可以被翹曲成0D富勒烯，卷成1D CNTs，堆疊成3D石墨，這是其他石墨材料的基本單位。它還具有優異的機械、電氣和熱性能(圖9b)。石墨烯中的每個碳原子都是sp
2雜化的，并且石墨烯的自由運動使得石墨烯具有超高的面內熱(≈5300 W/mK)和導電性，從而可以在相對低的石墨烯負載下實現高強度的聚合物復合材料。
