Page 49 - 《橡塑技术与装备》2024年4期

综述与专论 张伟 等·二维纳米催化剂的研究进展与展望

二维纳米催化剂的研究进展与展望

张伟，王超，康永
( 江苏理文化工有限公司，江苏 常熟 215500)

摘要 ： 文中介绍了长期以来一直被认为是一般催化应用的研究热点的典型二维纳米催化剂，依次讨论它们的分类、结构、合
成方法和表征等方面的内容。此外，我们提供了关于基于二维纳米材料的催化应用的讨论，主要集中在环境处理和生物化学技术
方面，包括染料降解、有毒物质消除、析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、二氧化碳还原反应（CO 2 RR）和癌症治疗等。最后，
我们描述了二维纳米催化剂的机遇、挑战和发展方向。本综述的目的是激发和引导对这一研究领域的兴趣，以促进未来二维纳米
材料在催化领域的创新。
关键词 ： 二维纳米材料 ；光催化 ；电催化 ；电化学 ；光电化学
中图分类号 ： TQ340.471 文章编号 ： 1009-797X(2024)04-0001-10
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2024.04.001

如今，我们都使用各种各样的药物和个人护理产 1 二维纳米催化剂
品，这些产品进入生态系统后会导致不可逆转的损害 1.1 分类
[1]
。抗生素及其代谢物在非耐药微生物、浮游植物、 原子薄层二维石墨烯纳米材料的发展推动了相关
鱼类和其他水生生物方面具有潜在的毒理风险，可能 超薄二维纳米材料的进展 [16] 。一般来说，大多数二维
破坏水生食物链 [2] 。它们很难通过传统的生物处理过 纳米材料可以被粗略地归类为层状材料，其中层间的
程完全降解，并且随着在水生态系统中积累，它们的 范德华相互作用使得层叠成为可能，而层内的原子层
毒性可能进一步增强 [3] 。因此，有必要探索能够在水 通常具有强的化学键 [17] 。催化领域中典型的二维层状
环境中破坏有机化合物的先进技术。据报道，现代催 纳米材料包括石墨烯、石墨状碳氮化物、一系列单元
化技术的发展有效解决了上述难题 [4~9] 。 素化合物、过渡金属二硫化物（TMDs）、共轭有机框
为了提高光催化和电催化性能，人们越来越关注 架（COFs）、金属碳化物和氮化物（MXenes）、层状
开发具有良好电导性和大表面积的二维纳米材料。与 双金属氢氧化物（LDHs）、基于铋的层状化合物、六
传统的三维块状纳米材料相比，这些原子薄的二维纳 角硼氮化物（h-BN）、金属有机框架（MOFs）和二
米材料因其特殊的稳定性和活性而在环境和能源相关 维金属纳米材料等。
的研究领域引起了关注，通常是由于其高比表面积、 石墨的结构是通过单晶 X 射线衍射确定的，其
坚固的机械结构和优异的电导性。此外，二维纳米材 中石墨烯通常被认为是一个原子薄层的单层石墨晶体
料也被视为更昂贵的贵金属（如铂和铑）的经济替代 [18] 。原子薄层的石墨烯纳米材料是具有超越传统半导
品 [10] 。最近在多种原子薄的二维纳米材料方面取得了 体的催化应用性能的有希望的材料。然而，石墨烯纳
突破性进展 ；二维纳米材料的合成、性质、表面化学 米材料是一种零带隙半金属 [19] ，因此通常被认为是一
和催化应用也有了快速发展 [11] 。迄今为止，对于高效 个辅助催化剂或有效的催化剂支撑材料，而不是直接
二维纳米材料基催化剂的合理设计、构建以及与工业 的催化剂 [20] 。
规模应用相关的问题的详细理解仍然不够全面 [12] 。因 最著名的结构类似于石墨烯的二维纳米材料之一
此，仍然需要全面的综述来提供有关最新发展的制备 是石墨 烯氮化碳 (g-C 3 N 4 ) [21] 。通常 情况下，g-C 3 N 4
和应用的新见解，并需要进行基础研究，以明确反应
过程，以提高成熟的工业应用中的催化性能 [13~15] 。 作者简介 ：张伟 (1984-)，女，本科，中级工程师，现从
事化工工程审计工作。
收稿日期 ：2024-01-23

2024 第 50 卷 ·1·
年