北京大学薛建明《Mater.Horiz.》综述：二维材料纳米孔的可控制备

具有纳米孔的二维材料在海水淡化、气体分离、DNA测序、超级电容器和能量收集等多方面展现出巨大的潜力（图1），而这些应用的性能取决于所用二维纳米孔薄膜上纳米孔的特性，包括孔的直径、结构和密度等。如在海水淡化中，纳米孔的密度越高，通过多孔分离膜的水渗透率越大，能耗越低。因此，如何可控制备二维材料纳米孔至关重要。 图1. 二维纳米孔膜应用 近年来，为了高效便捷地在二维材料上制备出所需的纳米孔，科研人员尝试了很多方法，它们具有不同的特点，能够满足相应的应用需求。这些纳米孔制备方法包括了核技术、等离子体技术以及化学方法等多种技术手段，涉及的领域众多。因此，迫切需要对制备二维材料纳米孔的最新进展进行全面总结和综述，以厘清不同制备方法的优势与特色，这对选择合适制孔方法以及提升应用的性能价值巨大。 近日，北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室薛建明教授课题组和北京大学深圳研究生院新材料学院王新炜教授合作在国际著名期刊《Materials Horizons》上发表名为“Nanopores in Two-Dimensional Materials: Accurate Fabrication”的综述文章，概括了二维材料上纳米孔制备技术的最新进展，强调各种制孔方法的全面理解和相互比较，重点关注纳米孔的特性与形成过程，提供根据需求选择合适制孔方法的思路，指出制备高品质二维纳米孔的机遇与挑战。 文章主要介绍了现今常见的18种二维材料纳米孔制造方法（图2），如聚焦离子束辐照（Focused Ion Beamirradiation, FIB）、紫外线诱发氧化刻蚀（UltravioletInduced Oxidative Etching, UIOE）、氧气等离子体刻蚀（Oxygen Plasma etching, OP）和电脉冲方法（Electrical Pulse method, EP）等，并将所有制孔方法按照载能粒子轰击、化学反应、物理化学方法等四类分别进行讨论。不同方法所能制备的纳米孔直径和密度都有所不同，有些能够制备单个很小的亚纳米孔，而有些却能制备高密度的大孔（图2）。因此，针对不同的应用需要先判断所需纳米孔的特点，尤其是孔的直径和密度，进而去选择不同的制孔方法。除此之外，制孔过程中的原始二维材料损伤、纳米孔边缘化学官能团、实验手段复杂程度以及经济和时间成本等都需要在比较方法时加以考虑，本文对相关内容也有一定介绍。 图2. 二维纳米孔制备方法 在这篇文章中，薛建明课题组苏士皓博士为第一作者。北京大学深圳研究生院的王新炜教授和北京大学物理学院的薛建明教授依次为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会和国际原子能机构的资助。 全文链接： Shihao Su, Xinwei Wang, and Jianming Xue, Nanopores inTwo-Dimensional Materials: Accurate Fabrication. Mater. Horiz., 2021,Accepted Manuscript, DOI: 10.1039/D0MH01412E “本文由新材料在线?平台入驻媒体号高分子科学前沿提供，观点仅代表作者本人，不代表本网站及新材料在线?立场，本站不对文章内容真实性、准确性等负责，尤其不对文中产品有关功能性、效果等提供担保。本站提醒读者，文章仅供学习参考，不构成任何投资及应用建议。如需转载，请联系原作者。如涉及作品内容、版权和其它问题，请与我们联系，我们将在第一时间处理！本站拥有对此声明的最终解释权。”
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