元素二維 (2D) 材料由于其獨(dú)特的物理、化學(xué)和電子特性，已成為能源和催化應(yīng)用的有希望的候選材料。

在有利的傳輸特性、有趣的物理化學(xué)特性、提供巨大的表面積與體積比、以及二維超薄結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的限制效應(yīng)方面，這些材料具有優(yōu)勢(shì)。

圖1. 基本元素二維材料概述

在此，香港城市大學(xué)張華教授和美國(guó)普渡大學(xué)武文倬教授等人綜述了基于除石墨烯以外的元素二維材料在新興能源和催化方面應(yīng)用的最新進(jìn)展。首先，作者簡(jiǎn)要介紹了元素二維材料的一般分類、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及材料制備的新進(jìn)展。

然后討論了能量收集和存儲(chǔ)方面的各種應(yīng)用，包括太陽(yáng)能電池、壓電和摩擦納米發(fā)電機(jī)，熱電設(shè)備、電池和超級(jí)電容器。此外，作者進(jìn)一步討論了元素二維材料用于電催化、光催化和多相催化的探索。最后，討論了元素二維材料在能源和催化領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)和前景。

圖2. 基于元素二維材料的鋰離子電池及性能

作者指出，未來(lái)的研究方向包括：

(1) 實(shí)驗(yàn)工作和理論計(jì)算之間的協(xié)同作用至關(guān)重要，不僅對(duì)于材料合成和表征，而且對(duì)于器件性能和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

(2) 對(duì)于能源相關(guān)應(yīng)用，能源轉(zhuǎn)換/存儲(chǔ)效率和器件性能有待進(jìn)一步提高。

(3) 對(duì)于催化相關(guān)應(yīng)用，催化劑的活性和穩(wěn)定性以及產(chǎn)物選擇性是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

(4) 盡管報(bào)道了許多元素2D材料的令人興奮的結(jié)果，但它們通常受到其固有特性的某些方面和與加工相關(guān)的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)的限制，如何有針對(duì)性地克服這些缺點(diǎn)是未來(lái)研究的重要方向。

圖3. 元素二維材料及其在能源和催化方面的先進(jìn)應(yīng)用的示意圖

Emerging beyond-graphene elemental 2D materials for energy and catalysis applications, Chemical Society Reviews 2021. DOI: 10.1039/C9CS00821G