非常薄的材料，只有幾個原子厚，表現出獨特的特性，使它們在能量儲存、催化和水淨化方面具有吸引力。瑞典Linköping大學的研究人員現在已經開發出一種方法，可以合成數百種新的二維材料。他們的研究發表在《科學》雜志上。

自從發現石墨烯以來，對極薄材料，即所謂的二維材料的研究領域呈指數級增長。原因是二維材料相對于其體積或重量具有較大的表面積。這産生了一系列的物理現象和獨特的性質，如良好的導電性，高強度或耐熱性，使二維材料在基礎研究和應用中都很感興趣。

Linköping大學材料物理學教授約翰娜·羅森傑說：“在只有一毫米厚的薄膜中，可能有數百萬層這種材料。例如，在層之間，可以有很多化學反應，因此，二維材料可以用于能量存儲或産生燃料。”

MXenes家族和新的理論模型

最大的二維材料家族被稱爲MXenes。MXenes是由稱爲MAX相位的三維母材料創建的。它由三種不同的元素組成：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），創建了二維材料。到目前爲止，MXenes是唯一以這種方式創建的材料家族。

Linköping研究人員介紹了一種理論方法，用于預測其他可能適合轉換爲二維材料的三維材料。他們還證明了理論模型與現實相符。

爲了取得成功，研究人員采用了三步法。在第一步，他們開發了一個理論模型來預測哪種母體材料是合適的。通過在國家超級計算機中心進行大規模計算，研究人員能夠從數據庫和由66643種材料組成的選擇中確定119種有前途的3D材料。

下一步是嘗試在實驗室中創造這種材料。

物理、化學和生物學系助理教授周傑（音譯）說：“在119種可能的材料中，我們研究了哪些材料具有所需的化學穩定性，哪些材料是最佳候選材料。首先，我們必須合成3D材料，這本身就是一個挑戰。最後，我們有了一個高質量的樣品，我們可以用氫氟酸去角質並蝕刻掉特定的原子層。”

研究人員從母體材料YRu2Si2中去除钇（Y），從而形成了二維Ru2SixOy。

未來的影響及應用

但要在實驗室中確認成功，驗證是必要的——第三步。研究人員使用了Linköping大學Arwen的掃描透射電子顯微鏡。它可以在原子水平上檢查材料及其結構。在Arwen中，也可以使用光譜學來研究材料由哪些原子組成。

“我們能夠證實我們的理論模型是有效的，並且得到的材料由正確的原子組成。去角質後，材料的圖像類似于一本書的頁面。令人驚訝的是，這一理論可以付諸實踐，從而將化學剝離的概念擴展到比MXenes更多的材料家族，”材料設計部門的副教授喬納斯Björk說。

研究人員的發現意味著更多具有獨特性能的二維材料觸手可及。反過來，這些可以爲大量的技術應用奠定基礎。研究人員的下一步是探索更多潛在的前體材料，並擴大實驗規模。約翰娜·羅森傑認爲未來的應用幾乎是無窮無盡的。

約翰娜·羅森傑表示：“總的來說，二維材料已經顯示出巨大的應用潛力。例如，你可以想象捕捉二氧化碳或淨化水。現在的問題是擴大合成規模，並以可持續的方式進行合成。”

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