综述：新兴金属烯：合成、修饰与应用

本综述系统梳理了新兴二维材料金属烯（Metallene）的前沿进展，涵盖其合成策略（如分子束外延、溶剂热法、模板合成等）、修饰手段（包括元素掺杂、合金工程、缺陷调控等）及其在能源催化（ORR/HER）、生物医学（传感器、药物递送）、有机合成等领域的突破性应用，为纳米材料与催化医学交叉研究提供关键方向指引。

　　

Abstract

金属烯（Metallene）是一类由不饱和配位金属原子构成的新型二维材料，具备超薄厚度（仅少数原子层）、高比表面积、各向异性结构及本征催化活性等特性，近年来在能源、生物医学等领域引发研究热潮。

合成策略：多维技术协同突破

金属烯的合成方法呈现多元化发展。分子束外延（MBE）可实现原子级精度层状生长，而液相剥离技术则通过机械或化学作用从体相材料中剥离超薄纳米片。溶剂热法利用高温高压环境调控晶体成核速率，CO约束合成则通过气体分子模板导向金属原子二维排列。种子介导法与超声合成通过调控成核-生长动力学获得尺寸均一的纳米片，拓扑还原法通过化学还原金属氧化物前体保留二维拓扑结构。电化学置换与模板法（如二氧化硅纳米球模板）进一步拓展了金属烯的形貌与组分可控性。

修饰工程：精准调控材料性能

为优化金属烯的催化与生物功能，研究者开发了多种修饰策略：

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  元素掺杂（如非金属B、P掺杂）调节电子结构，增强催化活性位点暴露；

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  合金工程（PtPd、RuIr等）通过协同效应提升稳定性和选择性；

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  复合工程（与石墨烯、MXene耦合）改善导电性与分散性；

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  纳米簇/单原子负载（如Au纳米簇、Pt单原子）实现原子级利用率最大化；

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  非晶化处理增加表面缺陷与活性位点密度；

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  缺陷工程（空位、晶界）调控表面吸附能；

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  应变工程通过晶格畸变优化反应能垒；

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  原子层精确调控（如单原子层Pt）实现厚度依赖的性能突变；

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  自组装气凝胶构建三维多孔宏观体，促进传质与反应动力学。

应用领域：从催化到生物医学的跨界融合

能源催化：金属烯在氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）、二氧化碳还原（CO₂RR）及甲醇氧化（MOR）中表现卓越，其各向异性电子结构优化了中间体吸附/脱附过程。

生物医学：高比表面积与表面活性位点使金属烯成为理想生物传感器平台，用于检测葡萄糖、癌细胞标志物等；光热效应与催化活性联合赋能肿瘤治疗（如化学动力学疗法）。

有机合成：作为高效催化剂促进C–H键活化、选择性加氢等反应，替代贵金属催化剂。

固态储氢：金属烯的纳米限域效应与表面缺陷显著提升氢吸附容量与动力学性能。

挑战与展望

尽管金属烯研究取得显著进展，仍面临合成规模化、稳定性调控、生物安全性评估等挑战。未来需开发绿色合成路线，深化构效关系机理解析，并推进跨学科应用落地。