特刊：新兴二维材料的化学性质

《Chemistry of Materials》：Special Issue: The Chemistry of Emergent 2D Materials

二维材料化学通过原子级调控与界面工程，催生新型功能结构和现象，涵盖MXene、TMDs、超导体等体系，并在电催化、量子材料等领域展现应用潜力。

　　

近年来，二维（2D）材料的化学研究取得了前所未有的进展，已经超越了传统层状晶体的早期主导地位，进入了一个更加多样化且功能丰富的领域。我们现在正见证着“新兴”2D材料的崛起——这些材料中，新的组成、相态、结构和物理现象是通过从原子到介观尺度的精确化学调控而产生的。这里的“新兴”不仅指2D材料家族中新增了成员，还指由于电荷、自旋和晶格之间的复杂相互作用，以及拓扑结构、对称性、组成和无序工程等可调参数的作用，出现了全新的行为和功能。(1?4)

这期关于“新兴2D材料化学”的特刊汇集了一系列杰出的研究成果，包括原创研究、综述文章以及对Yury Gogotsi的访谈（该访谈是为期刊的1k Club栏目准备的，DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c02379），这些内容共同展示了该领域当前的发展活力。这些研究涵盖了MXenes的表面精准功能化处理、亚稳态氮化物类似物的设计、低维超导体的实现、多铁性范德华异质结构以及原子链插层过渡金属硫属化合物（TMDs）的研究。它们共同证明了化学原理在塑造、调控和利用2D材料新兴特性方面所起的核心作用。

有几项研究聚焦于2D材料中的结构和界面调控前沿。例如，一项关于Ti₃C₂T_x MXene表面终止修饰的研究（DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c02422）表明，原子氢可以选择性地去除卤素终止层，并将氧终止层可逆地转化为羟基层，而不会改变Ti的氧化状态。这项研究为优化MXene表面的化学性质以用于电催化、能量存储和传感提供了多种化学方法。

同时，用于MoS₂晶体管的晶圆级BiO_x接触材料（DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c03540）展示了界面化学在电子学中的应用潜力：热蒸发的金属BiO_x电极可以降低接触电阻、提高热稳定性并增强导通电流。在关于TiS₃–NbS₃三元合金纳米带中的Peierls畸变的研究中（DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c03415），通过组成调控实现了电子结构工程，这种调控改变了能带结构，揭示了晶体化学与传输性质之间的紧密联系。类似地，拓扑超导体候选材料2M-WS₂的相稳定性被证明依赖于厚度和温度（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c00548），激光照射可以控制其2M相和2H相之间的转换。在嵌入单层WS₂中的Nb原子链中（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01182），精确的原子插入技术在2D矩阵中创建了一维结构，为能带结构工程提供了新方法。

合成方法的进步也值得关注。CrSe₂纳米带和CrTe_2–x纳米片的化学剥离技术（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01115）为制备具有可调形态的混合维度结构提供了多样化的途径。最后，低过电位电化学剥离MoS₂的方法（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c00733）避免了气体释放带来的损伤，获得了高质量、原子级薄的MoS₂层，适用于基础研究和应用。

深入的综述和观点文章将最近的进展置于更广泛的概念和技术框架中。一篇综述文章概述了在金基底上直接化学气相沉积（CVD）生长新兴2D过渡金属硫属化合物（TMDCs）的最新进展（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c00981），包括在金单晶表面合成单层TMDCs及其在电催化氢生成和分子检测中的应用。另一篇关于2D金属纳米材料在多电子电催化中的应用的综述（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c00955）全面总结了2D金属纳米材料的合成策略及其在多电子转移反应中的应用，并对未来研究方向进行了展望，特别强调了相调控、生长过程的原位成像以及在碳循环和清洁水生产等领域的扩展应用。还有一篇关于亚稳态2D过渡金属氮化物的综述（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01028），系统评估了基于亚稳态相2D过渡金属氮化物（Meta-2D TMNs）开发高性能催化剂的新兴合成策略和设计原则。

一篇关于在2D范德华材料中实现多铁性的前瞻性文章（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01047）探讨了如何通过化学设计原理在原子级薄晶体中整合磁性、电性和结构有序性，指出了创造多功能量子材料的机会和挑战。关于空气敏感型过渡金属碲化物中晶界工程的研究（DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c02987）揭示了晶界结构对这些脆弱系统环境稳定性和电荷传输的影响，强调了缺陷化学在器件性能中的重要性。最后，一篇关于有机-无机杂化钙钛矿（OIHPs）中铁电畴和畴壁的综述（DOI: 10.1021/acs.chemmater.5c01042）表明，原子级表征揭示了2D OIHPs中的畴结构与铁电材料的不同之处。控制畴配置和极化可以实现手性、自旋、电荷和光的动态耦合，为未来的光电子学、自旋电子学和能源技术开辟了新的途径。

总的来说，这期特刊中的各项研究表明，“新兴2D材料”中的“新兴”不仅体现在材料的发现上，还体现在概念创新上。这是一种范式转变，在这种转变中，化学不仅是一种辅助工具，更是推动新现象出现的主要驱动力。从基底和前驱体的合理选择，到生长和后处理的精确控制，再到缺陷和界面的刻意设计，化学洞察力引导着结构向性能的转化。

展望未来，有几个关键机会将塑造这一领域的下一个发展阶段：（1）在真实工作条件下进行原位和实时研究，以捕捉2D材料的化学和结构演变，直接了解其活性状态和退化途径；（2）通过战略性的界面和异质结构工程，在单一集成平台上实现电子、磁性和光学等性质的协同组合；（3）通过多尺度设计，将分子和原子级构建块与介观结构以及最终的设备级实现相结合，确保新兴2D材料在能量转换、电子学和量子信息技术领域带来变革性进展。

我们希望您喜欢这份来自《Materials Chemistry》的论文集，并向所有作者和审稿人表示衷心的感谢，他们的专业知识、奉献精神和建设性反馈使得这些成果的诞生成为可能。他们的努力对于塑造这期特刊以及推动新兴2D材料化学的发展起到了关键作用。