二維材料非常薄，只有幾個(gè)原子厚，具有獨(dú)特的性質(zhì)，使其在能量存儲、催化和水凈化等方面極具吸引力。瑞典林雪平大學(xué)研究人員開發(fā)出一種能夠合成數(shù)百種新型二維材料的方法。研究發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。

自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，有關(guān)極薄材料（即所謂的二維材料）的研究呈指數(shù)級增長。二維材料相對于其體積或重量具有極大的表面積，因此產(chǎn)生了一系列物理現(xiàn)象和獨(dú)特的性能，例如良好的導(dǎo)電性、高強(qiáng)度或耐熱性，使得二維材料在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用中都受到關(guān)注。

最大的二維材料家族是MXene，由稱為MAX相的三維母體材料創(chuàng)建。它由3種不同的元素組成：M是過渡金屬，A是（A族）元素，X是碳或氮。通過用酸去除A元素（剝離），可創(chuàng)建二維材料。但到目前為止，MXene是唯一以這種方式創(chuàng)建的材料系列。

研究人員引入了一種理論方法來預(yù)測其他可能適合轉(zhuǎn)換為二維材料的三維材料，并證明了理論模型與現(xiàn)實(shí)是一致的。

研究人員采用了3步過程。首先，他們開發(fā)了一個(gè)理論模型來預(yù)測哪些母材是合適的。通過瑞典國家超級計(jì)算機(jī)中心的大規(guī)模計(jì)算，研究人員從包含66643種材料的數(shù)據(jù)庫中識別出119種有前途的三維材料。

其次，他們嘗試在實(shí)驗(yàn)室中制造這種材料。研究人員從母體材料YRu2Si2中去除了釔（Y），從而形成了二維的Ru2SixOy。

最后一步是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，他們使用掃描透射電子顯微鏡Arwen在原子水平上檢查材料及其結(jié)構(gòu)。利用Arwen還可使用光譜法研究材料由哪些原子組成。

研究證明了理論模型確實(shí)有效，并且所得材料由正確的原子組成。該理論可付諸實(shí)踐，從而將化學(xué)剝離的概念擴(kuò)展到比MXene更廣泛的材料中。

林雪平大學(xué)助理教授周潔。

圖片來源：OLOV PLANTHABER

總編輯圈點(diǎn)：

自從石墨烯橫空出世，越來越多的二維材料家族成員進(jìn)入人類視野。在電子元器件領(lǐng)域，很多二維材料憑借更高的電荷遷移率、更小的功耗等，展現(xiàn)出比傳統(tǒng)硅材料更加優(yōu)越的性能。不僅如此，在燃料電池、太陽能電池等新能源領(lǐng)域，二維材料憑借其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和可調(diào)控特性，擁有廣闊應(yīng)用前景?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)能夠合成數(shù)百種新型二維材料的方法，將使二維材料家族進(jìn)一步壯大，也為二維材料科學(xué)研究提供了更多可能。