近日，郭俊杰教授与昆士兰科技大学孙子其教授在Advanced Science上发表综述评论，结合近年来二维超晶格材料在电催化中的研究进展，概述了二维超晶格材料异质界面构筑方法及其在电催化领域的应用，并针对电催化用二维超晶格材料当前面临的挑战，提出了解决策略。

 

 

图 二维超晶格材料的分类、制备、电催化应用和面临的挑战

 

二维材料为异质结构的发展提供了一个广阔的平台，将二维材料与不同维度的纳米材料复合（零维、一维和二维纳米材料），可以构建具有不同物化性质的二维/零维，二维/一维和二维/二维异质结构。其中，二维超晶格材料是由两种不同的二维单层或少层纳米片（A和B）交替堆叠（ABABAB...）组成的独特异质结构，被认为是一种新兴的二维异质材料家族。与其他二维/二维异质材料不同的是，二维超晶格拥有严格有序的堆积序列，可以为材料提供更多可定制的物理化学特性。

作者首先综述了二维超晶格材料的制备方法，包括化学气相沉积法、层层组装法、离子或分子插层法以及絮凝沉淀等物理化学方法，其中，二维纳米片表面电荷调控策略作为层层组装和絮凝沉淀法的基础被详细总结。以上制备方法和表面电荷调控策略也可以扩展到其他维度纳米材料表面修饰以及异质结构制备上。随后，基于二维超晶格材料具备的独特优势，比如两种单层或少层纳米片的交替堆叠导致催化活性位点在不同的表面充分暴露；交替堆叠的纳米片之间强烈的界面相互作用可以调节金属活性中心电子结构，提高材料的本征活性，同时促进电荷分离和转移，调节中间体的吸附/解吸行为，从而使电催化的协同效应最大化；两种或多种组分构成的超晶格材料可以在表面提供多功能位点，以实现双功能或多功能催化；具有三明治结构的超晶格材料可以有效阻止苛刻的电解液（强酸碱）对于内部材料的腐蚀，使其在恶劣环境下长期运行等，重点讨论了二维超晶格材料在电催化能源转换中的应用。最后，作者对这种新兴材料的合成及其在电催化中的应用方面还存在的挑战和机遇进行了展望，进而为新型二维超晶格材料的设计以及新型高效的可持续能源储存与转换装置的构建提供新的思路。

相关工作以题为“Heterostructure Engineering of 2D Superlattice Materials for Electrocatalysis”发表在Advanced Science（10.1002/advs.202204297）上，论文通讯作者为太原理工大学郭俊杰教授和章海霞副教授、昆士兰科技大学孙子其教授。郭俊杰教授团队和孙子其教授团队长期致力于二维材料在能源储存与转换领域的应用研究。

 

关键词：Advanced Science，二维超晶格材料，结构设计，电催化

分类：能源；纳米；二维材料

论文信息：

Heterostructure Engineering of 2D Superlattice Materials for Electrocatalysis,

Zhen Zhang, Peizhi Liu, Yanhui Song, Ying Hou, Bingshe Xu, Ting Liao, Haixia Zhang,*Junjie Guo,* and Ziqi Sun*

Advanced Science

DOI：10.1002/advs.202204297

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202204297