激光网3月15日消息，非常薄的材料，只有几个原子厚，表现出独特的特性，使它们对能量储存、催化和水净化具有吸引力。瑞典林雪平大学的研究人员现在已经开发出一种方法，可以合成数百种新的2D材料。他们的研究已发表在《科学》杂志上。
自从石墨烯被发现以来，极薄材料的研究领域呈指数级增长。原因是 2D 材料相对于其体积或重量具有较大的表面积。这产生了一系列物理现象和独特的特性，例如良好的导电性、高强度或耐热性，使 2D 材料在基础研究和应用中都受到关注。
“在只有一毫米薄的薄膜中，材料可以有数百万层。在各层之间可以发生很多化学反应，因此，2D材料可用于能量存储或产生燃料，“林雪平大学材料物理学教授Johanna Rosén说。
最大的 2D 材料系列称为 MXenes。MXenes 由称为 MAX 相的三维母材创建。它由三种不同的元素组成：M 是过渡金属，A 是元素，X 是碳或氮。通过去除酸的 A 元素，可以创建二维材料。到目前为止，MXenes 是唯一以这种方式创建的材料系列。
林雪平的研究人员引入了一种理论方法来预测可能适合转换为二维材料的其他三维材料。他们还证明了理论模型与现实是一致的。
为了取得成功，研究人员使用了三步过程。在第一步中，他们开发了一个理论模型来预测哪些母体材料是合适的。通过国家超级计算机中心的大规模计算，研究人员能够从数据库中识别出119种有前途的3D材料，以及由66,643种材料组成的选择。
下一步是尝试在实验室中创建材料。
“在119种可能的材料中，我们研究了哪些材料具有所需的化学稳定性，哪些材料是最佳候选材料。首先，我们必须合成3D材料，这本身就是一个挑战。最后，我们有一个高质量的样品，我们可以用氢氟酸去角质和蚀刻掉特定的原子层，“物理，化学和生物系助理教授Jie 周说。
研究人员从母体材料YRu2Si2中去除了钇，从而形成了二维Ru2SixOy。
但要确认实验室的成功，验证是必要的——第三步。研究人员使用了林雪平大学的扫描透射电子显微镜Arwen。它可以在原子水平上检查材料及其结构。在Arwen中，还可以使用光谱学研究材料由哪些原子组成。
“我们能够确认我们的理论模型运行良好，并且由此产生的材料由正确的原子组成。去角质后，材料的图像类似于书页。令人惊讶的是，该理论可以付诸实践，从而将化学剥离的概念扩展到比MXenes更多的材料家族，“材料设计系副教授Jonas Björk说。
研究人员的发现意味着更多具有独特特性的2D材料触手可及。反过来，这些可以为大量的技术应用奠定基础。研究人员的下一步是探索更多潜在的前体材料并扩大实验规模。Rosén认为，未来的应用几乎是无穷无尽的。
“总的来说，2D材料在大量应用中显示出巨大的潜力。例如，您可以想象捕获二氧化碳或净化水。现在是关于扩大合成规模并以可持续的方式进行，“Rosén说。
