高熵二维材料

研究摘要

在过去的几十年中，高熵材料得益于在众多应用中的普适性，得到了广泛的研究关注，其主要由五种或五种以上的元素以大约等原子比例构成。最近，高熵二维材料已经逐渐成为一类有潜力的材料体系，其2D的结构特征通常会表现出一些不寻常的性质。目前，2D过渡金属碳化物（MXenes）、过渡金属二硫化物（TMDs），水滑石（LDHs）与氧化物已经被成功地合成，并在不同的点化学反应中表现出优异的电化学性能，这主要源于多组分的协同效应与原子级厚度的特征。近日，北京航空航天大学杨树斌教授在《SusMat》上发表最新综述，系统总结了高熵二维材料的制备、表征与性质预测等方面的研究进展，并提出针对新型高熵2D材料不同的策略、先进的制备过程、基本原理以及深度表征技术。

图文导读

图1. 高熵2D层状材料的研究进展。

图2. 高熵2D MXene代表性研究工作。

高熵2D材料的合成方法：

自上而下：机械剥离与液相剥离

自下而上：水/溶剂热与共沉淀

高熵2D材料的合成方法性能预测：

增强的热学与化学稳定性

晶格应力的原子级分布

不饱和多位点与缺陷

超薄功能化的材料

可控的原子成分

图3. 高熵2D MXene的应变分布图像。

图4. 高熵材料充分的不饱和多位点示意图、CO2还原反应的自由能路径，以及高熵MXene的电化学性能。

图5. 高熵MXene的EDS能谱、AFM与红外等物相表征。

图4. 高熵2D 材料的未来发展方向。

总结

      上述提到的高熵二维材料具有丰富的组成成分、超薄的结构特征、高度暴露的活性表面、丰富的表面化学以及可控的物理化学性质，在电子、催化与储能方面得到了广泛的应用。然而，高熵二维材料的制备与应用仍然是艰巨的挑战。对不同金属原子的兼容性与扩散速率方面的探究有助于更好的理解合成机理。虽然高熵二维材料成分的变化对性能的调控已经得到证明，但单个金属元素在不同应用中所扮演的角色仍然亟待深入探究。主要集中在下几方面着手：

1.   理论计算；

2.   高熵2D材料的形成于工作机理的深入理解；

3.   探索制备高熵2D材料的新方法并丰富高熵2D材料的体系。

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