二维材料合成与加工方法

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二维薄原子层状材料合成和加工方法方面所取得的最新进展使得研究人员对于相关的生长动力学有了更深入的理解，并不断尝试以多种不同的合成方法来获得这类二维层状材料。这些新的合成方法的进展不仅使它们具有相关的设备适用性，而且对于它们的工业可扩展性也是可行的。本期特刊在涵盖最新的合成技术和加工方法的同时，也揭示了合成过程中的生长动力学。该特刊邀请刘政教授（新加坡南洋理工大学）为客座编辑，以石墨烯、过渡金属二硫属化物、MXenes、六方氮化硼等二维材料为代表，对它们新颖的结构、独特的性质和广泛的应用进行了详细的阐述，对这一领域最新的研究进展做了重点介绍。

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提高空间应用高性能碳纤维复合材料坚固性和抗裂性

过去几十年，相关研究人员一直致力于开发一种能够增强航天复合材料结构的制造方法，并且取得了大量的创新成果。然而，热稳定性、固有材料应力和衬底各向异性的存在，一定程度上阻碍了这些方法在极端空间环境下的应用。基于此，萨里大学电气与电子工程系先进技术学院S. Ravi P.Silva教授团队设计合成了一种类金刚石碳超晶格材料——等离子体增强交联聚对二甲苯，来克服上述问题。该材料能够增强软聚合物与复合材料的机械耦合，进而可以应用于大型3D工程结构。所开发的超晶格结构与基板形成了一个整体，并产生了一种碳纤维增强聚合物空间材料，在不影响尺寸稳定结构的刚度的情况下，使其抗开裂性提高了10-20倍。这项创新研究成果为新一代的空间应用光学和雷达仪器，以及先进超稳定复合空间材料的发展创造了条件。

通过电沉积方法在纳米多孔膜中合成和表征Sb2Te3/Bi2Te3 p-n结异质结构

拓扑绝缘体 (TIs) 是一类具有金属表面状态且可以用单个狄拉克锥来描述的绝缘体材料。然而，受限于表面和载体分离的困难，这类材料中的低维固体如纳米线(NW)制备仍面临挑战。研究表明，制备具有高表面体积比的纳米线可以通过化学气相传输、分子束外延和电沉积等不同方法来实现。法国Laboratoire de Physique des Solides (LPS)实验室Rashmi Rani团队采用电沉积的方法，合成了高质量TINW：Sb2Te3/Bi2Te3 p-n结异质结构，并通过各种表征方法详细确定了NW的结构、形态和纳米结构特性，同时合成了p-n结NW中的界面结构和横向异质结(LHJ)。

超堆叠非常规范德华异质结构

二维晶体为整合不同材料和形成不同特性的界面创造了绝佳的条件。迄今为止，该领域的研究主要集中在两种基本的异质结构类型：垂直范德华堆叠和具有面内线界面的横向连接单层晶体。更多样化的架构和界面配置在少层和多层方案中可以实现，利用自组织、多晶型物之间的转换、相分离和应变效应产生的机械堆叠和单层生长可以塑造三维材料。内布拉斯加大学林肯分校电气与计算机工程系PeterSutter团队通过利用工程异质结构的特性，重点关注IV族硫属化物来探索制备一类新型范德华结构的层状半导体，并通过原位显微镜和纳米级探针等方法，对材料的结构以及结构间的相互作用进行了分析。这类新的超堆叠的非传统范德华异质结构为该领域未来的创新发展指出了方向。

黑磷和磷烯的合成与稳定化：近期进展与展望

二维黑磷（BP）材料由于其独特的晶体结构、高载流子迁移率和可调节的直接带隙而成为研究热点。制备高质量、高稳定性的少层BP对这类材料在生物医学、电子学和光电子学等领域的应用具有重要意义。深圳大学物理与光电工程学院微尺度光电研究所、光电科学与技术二维材料国际合作实验室郭志男教授撰文介绍了一系列BP的合成方法，包括制备少层BP的重要原料块状BP晶体的制备方法、广泛采用的自上而下方法以及少层BP的一些直接生长方法，同时对提高少层BP稳定性的化学方法进行了具体阐述，并根据不同应用对特定BP特性的要求，提出了少层BP制备方法的选择规则。该综述能够为BP未来的研究带来一些启示，并有助于加速BP的商业化进程。

二维过渡金属二硫属化物的盐辅助化学气相沉积

盐辅助化学气相沉积法(SA-CVD)，是一种使用卤化物盐（如NaCl、KBr等）和熔盐（如Na2MoO4、Na2WO4等）作为前驱体的合成方法，是制造包括原子级薄金属硫属化物、石墨烯和h-BN在内的二维(2D)材料最受欢迎的方法之一。在这篇综述中，日本国际青年科学家中心 (ICYS)，国家材料科学研究所 (NIMS)的Shisheng Li首先阐明了SA-CVD中卤素（F、Cl、Br、I）和碱金属（Li、Na、K）的不同功能，并根据目前SA-CVD生长及其相关反应模式的发展，将现有方法分为Salt 1.0（基于卤化物盐）和Salt 2.0（基于熔盐）技术，并详细讨论了每种技术的成就、优势和局限性。最后，提出了SA-CVD在合成用于先进电子产品的2D过渡金属二硫属化物中的应用的新观点。

光电应用二维Bi2Se3材料

具有诸多令人兴奋的特性的二维层状材料最近引起了科学界的极大兴趣。层状拓扑绝缘体Bi2Se3作为具有绝缘体态和金属狄拉克样表面态的奇异量子物质状态而受到关注。其独特的晶体和电子结构提供了一系列引人注目特性，如宽带光吸收、厚度相关的表面带隙和偏振敏感的光响应，这使得二维Bi2Se3材料成为光电应用的有希望的候选者。在此，华中科技大学材料科学与工程学院材料加工与模具技术国家重点实验室翟天佑教授对二维Bi2Se3材料的最新研究进展进行了全面总结，首先描述了Bi2Se3的结构和固有性质，介绍了其制备方法（即溶液合成和范德华外延生长），还详细讨论了二维Bi2Se3材料在可见红外探测、太赫兹探测和光自旋电子器件中的光电应用，最后，结合该领域当前的发展现状，阐述了该领域面临的挑战和前景。

一种材料合成研究的时空转换方法

一般情况下，材料合成的研究大多是通过逐批测试来进行的，每个测试都对应一组参数和一个反应时间。允许在不均匀反应区中进行多次加载的并行实验可以提供一种获得高通量结果的方法。中国电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室李雪松教授团队提出了一种时空转换方法。该方法通过将多个相同的物体依次通过一个反应区，根据反应区的空间分布和随时间的变化，可以在一批测试中实现反应多样性。特别是，当反应区稳定时，反应的演变可以与处于相应反应阶段的物体相关联。这大大提高了材料合成动力学研究的效率和准确性。这种方法可能会掀起材料合成研究的新浪潮，加速材料科学的发展。

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在非金属衬底上直接生长六方氮化硼及其与石墨烯的异质结构

六方氮化硼(h-BN)与石墨烯的异质结构是一类被广泛应用于电子、光学、传感和能量存储/转换的范德华(vdW)量子材料。然而，受限于其基于金属催化剂的合成过程和基于转移的异质结构组装方法，这类材料难以成为高质量的晶圆级量子材料。阿肯色大学派恩布拉夫分校化学与物理系Sanjay K.Behura研究团队提出了一种在各种介电基板上直接成核形成h-BN与石墨烯的异质结构的新方法。研究人员通过自下而上的方法对h-BN直接生长的机理进行了讨论和总结，其具体过程包括：硅基电介质上的化学相互作用引导成核，h-BN靶材在蓝宝石上的表面氮化和N+溅射，以及对h-BN在蓝宝石上的外延生长等。此外，该研究团队还提出了几种可用于直接生长h-BN和石墨烯的垂直和横向vdW异质结构的方法。这些复杂的二维异质结构表现出各种物理现象，并可能具有一系列实际应用。

通过熔盐蚀刻的获得的水分散性Ti3C2TzMXene纳米片

Ti3AlC2MAX相的熔盐蚀刻技术是一种合成二维Ti3C2Tz (MXene)纳米片的有前景的方法，并且其合成过程无需使用危险的HF试剂。但是，熔盐蚀刻会导致MXene纳米片表现出水不可分散性，这阻碍了该类材料的进一步加工和应用。发生这种情况是因为熔盐蚀刻导致-OH末端基团的缺乏，从而使MXene纳米片表现出疏水性。德克萨斯 A&M 大学材料科学与工程系Micah J.Green团队展示了一种使用熔盐(SnF2)蚀刻合成水分散性Ti3C2Tz纳米片的方法。在熔盐蚀刻中，SnF2在各层之间扩散，形成副产物AlF3和Sn将各层分开。由于KOH洗涤引入了-OH端基，稳定的Ti3C2Tz水性分散体产生了-31.7 mV的ζ电位。X射线衍射和电子显微镜证实，与用HF蚀刻的粘土相比，这种合成方法可以形成具有显著d间距的Ti3C2Tz蚀刻粘土。该工作首次使用熔盐蚀刻技术成功制备稳定的Ti3C2Tz纳米片水分散体。

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贵金属基板上二维材料的可控生长

化学气相沉积(CVD)是一种有前途的二维(2D)材料可控合成方法。大量研究表明，二维材料的形态和结构高度依赖于其生长衬底。因此，生长衬底的选择对于实现CVD对生长的精确控制至关重要。贵金属基底因其高催化活性和丰富的表面形貌而广泛应用于二维材料生长。新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院刘政教授撰文介绍了贵金属作为二维材料可控生长基板的最新研究进展，深入讨论了基于贵金属独特特性的潜在生长机制和衬底设计，概述了使用贵金属衬底的优势和挑战，并展望了扩展贵金属衬底在二维材料生长中的用途和增强生长材料的结构可控性的可能方法。

二硒化铼单层中的各向异性点缺陷

1T" 各向异性ReSe2中的点缺陷为缺陷工程提供了许多可能性，并可以赋予这种二维半导体新的功能，但迄今为止并未引起研究人员的广泛关注。中国科学院物理研究所杜世萱和周武团队通过电子显微镜和密度泛函理论(DFT)计算的方法，系统地研究了ReSe2中的全谱点缺陷，包括空位（VSe1-4）、等电子取代（OSe1-4和SSe1-4）和反位缺陷（SeRe1-2和ReSe1-4）。统计计数结果揭示了各种点缺陷的不同密度，能量计算进一步对这些缺陷进行了阐述，原位电子束辐照揭示了硒空位动力学。DFT计算表明Se位点的空位显著引入了间隙状态，这些状态在很大程度上因等电子取代（O和S）而被淬灭，而反位缺陷则引入了局部磁矩。这些结果实现了对1T"-ReSe2中缺陷的原子级描述，并为通过缺陷工程调整各向异性ReSe2的电子结构铺平了道路。

化学气相沉积法合成二维有机-无机卤化物钙钛矿

具有有机层和无机层交替堆叠结构的二维(2D)有机-无机卤化物钙钛矿(OIHP)在光伏、多量子阱和三维钙钛矿的钝化方面的应用引起了广泛关注。这类材料的低成本和简单的旋涂工艺提供了一个广阔的材料特性研究平台，并促进了其在电子和光电子学应用方面取得快速进展，化学气相沉积(CVD)生长对于大面积、外延、选择性和保形生长是十分必要的。韩国科学技术高等研究院(KAIST)材料科学与工程系KibumKang研究团队提出了用于2D OIHP生长的一步CVD合成方法，并讨论了合成过程中由前体和基板条件决定的生长趋势。该团队用这种方法成功合成了一种无毒、无铅2D锡OIHP薄片，进一步表明该系统提供了一种基于任意有机和无机成分合成钙钛矿晶体的通用方法。

合金二维 (2D) 过渡金属二硫化物发展综述

原子级的薄二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDCs）在材料学研究领域引起了极大的研究兴趣，TMDC的独特性质使得这类材料在各种领域都有广泛的应用。在这篇综述中，印度理工学院冶金与材料工程学院Chandra SekharTiwary研究团队重点介绍了几种制备技术和TMDCs结构组成工程的最新进展，并从TMDC晶格的定制和工程设计角度出发，阐述了提高这类材料性能的方法。文章总结了包括使用不同材料进行掺杂合金化、与其他二维金属合金化等不同的TMDC合成方法，并对这些方法的技术潜力进行了仔细的分析比较。此外，文章还重点介绍了2D准晶体制备和将2D TMDC与MAX相合金化方面取得的最新进展，并对TMDC材料晶体工程在结构稳定性、机器学习等新兴领域方面的应用前景进行了展望。

WS2二维核壳结构单层中的带隙调制

二硫化钨(WS2)具有可调带隙，这一特性是其实现在各种光电器件应用所必需的条件。梨花女子大学化学工程与材料科学系Suyeon Cho和韩国科学技术高等研究院 (KAIST) 物理系Heejun Yang合作报道了一类具有二维核壳结构的WS2单层中的带隙调制。该结构通过化学气相沉积 (CVD) 中的独特生长模式形成，其二维核壳结构在光学图像、拉曼和光致发光光谱表征中均有独特表现。WS2中的应变和掺杂效应由两种不同的生长过程引入，并在1.83 eV（在核心域）和1.98 eV（在壳域）产生PL峰，这与传统的PL峰主要位于2.02 eV的WS2有着明显不同。密度泛函理论 (DFT) 计算解释了该核壳结构WS2单层中的光学带隙的调制，伴随着直接到间接的带隙跃迁。因此，该团队报道的二维核壳结构的WS2单层提供了一种制造具有不同光学带隙的横向异质结构的实用方法，这是为实现这类材料在光电领域的应用创造了条件。

一种简便的化学气相传输可控合成高质量二维碲方法

近年来，碲（Te）作为一种基本材料，因其高载流子迁移率、有趣的拓扑特性和优异的环境稳定性而受到广泛关注。然而，由于其固有的螺旋链结构，传统的合成方法难以获得具有高结晶质量的二维（2D）Te。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所李杰、张凯和中国科学院国家纳米科学中心刘新风课题组合作报道了一种通过一步化学气相传输可控合成高质量二维Te纳米薄片的简便方法。该方法通过精确调整由温度决定的生长动力学，可以实现横向尺寸高达40 μm且结晶度高的碲纳米薄片。该团队还Te纳米薄片的二次谐波产生进行了研究，结果表明该材料可以用作倍频晶体，并在非线性光学器件中具有潜在的应用。此外，基于该二维Te纳米薄片制造的场效应晶体管器件表现出优异的电学性能，并具有379 cm2 V-1 s-1的高迁移率。

表面处理和石墨烯改性对天然黄麻纤维复合材料力学性能的影响

与合成纤维增强复合材料(FRC)相比，天然FRC因具有可生物降解性、可回收性和环境友好性而备受研究人员的关注。天然黄麻FRC可以为FRC合成提供环境可持续、重量轻且具有成本效益的替代品。然而，天然黄麻FRC的应用由于其较差的力学和界面性能而受到限制。石墨烯及其衍生物可用于改性黄麻纤维表面，以制造具有优异机械性能和较低环境影响的天然FRC。英国西英格兰大学印刷研究中心(CFPR) NazmulKarim课题组撰文总结了黄麻纤维的物理和化学处理和基于石墨烯的改性对黄麻FRC机械性能的影响。文章介绍黄麻纤维的结构、化学成分及其潜在应用，概述了用于改善黄麻FRC机械性能的各种表面处理，并讨论和比较了黄麻纤维的各种基于石墨烯衍生物的表面改性对FRC性能的影响，并对基于石墨烯的黄麻纤维的研究前景进行了展望，期待下一代强大且可持续的FRC能够在实现高性能工程应用的同时而不会带来环境问题。

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二维金属氧化物制备的最新进展

原子级薄的二维（2D）金属氧化物因其独特的光学、电学、磁学和化学性质，而在高性能智能设备中具有广阔的应用前景。鉴于层状和非层状二维金属氧化物种类繁多，实现材料的可控合成是探索其巨大应用潜力的关键先决条件。在这篇综述中，西南交通大学材料科学与工程学院李中、Jian Zhen Ou 团队撰文对二维金属氧化物合成的最新进展进行了总结和分类。文章首先简要介绍了二维金属氧化物的类别和晶体结构，然后对各种合成方法的生长机制、优势和局限性进行了讨论，指出了该领域未来所面临的挑战，为二维金属氧化物的合成提供可能的研究方向。这项工作可以为开发生产二维层状和非层状纳米结构的创新方法提供一定的积极指导，并有助于加速二维金属氧化物的研究。

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