最近发表在《科学》期刊上的一项开创性研究中，瑞典林雪平大学的研究人员的研究预示了二维（2D）材料领域的新时代，将边界扩展超出了石墨烯和MXenes的常规路径。这项开创性研究不仅挑战了材料科学的现状，还为从能源存储和催化到环境修复和下一代电子产品等众多行业开辟了潜在应用的宝库。

对新2D材料的探索

自从发现石墨烯（一种只有一个原子厚但比钢更强的材料）以来，对其他具有独特性能的二维材料的追求一直是没有停歇。石墨烯的表亲MXenes也一直是密集研究的焦点，因为它们能够通过从三维（3D）母MAX相（parent MAX phases）中通过化学蚀刻特定成分来得到。然而，已知的MAX相种类有限，极大地限制了MXenes的多样性，进而限制了可实现的2D材料的范围。

为了解决这一局限性，林雪平大学的团队开始了一段雄心勃勃的旅程，以扩大对MXene家族以外的2D材料的搜索。利用理论模型与高通量计算筛选相结合，他们筛选了66,643种3D材料的庞大数据库，确定了119种有前途的候选材料，这些候选者可能在酸性条件下通过化学去角质（chemical exfoliation）转化为二维材料。

从理论到现实

他们方法的本质在于一个三步过程，旨在弥合理论预测和实验验证之间的差距。最初，国家超级计算机中心的大规模计算能够识别合适的3D母材料。然而，真正的挑战是在实验室中合成这些材料，然后成功去角质，以揭示其2D对应物。

为了证明他们方法的有效性，研究人员能够合成和去角质YRu2Si2，去除钇，生产一种新的2D材料Ru2SixOy。这种材料在结构和成分方面都与MAX相（MAX phase）不同，可以作为概念的证明，通过更广泛的3D前体的化学去角质来展示扩展2D材料景观的可行性。

一个可能性的新世界

这一发现的意义怎么强调都不为过。通过有效地将二维材料的数量翻倍，研究人员不仅验证了他们的创新理论模型，还为技术应用的爆炸奠定了基础。研究人员说，令人惊讶的是，该理论可以被付诸实践，从而将化学去角质的概念扩展到比MXenes更多的材料家族。

这些新的2D材料的潜在工业应用是广泛而多样的。在能源存储方面，它们可以成就更高效的电池和超级电容器的开发，提供更高的容量和更快的充电时间。在催化中，它们可以提高化学反应的效率，有可能彻底改变燃料和其他化学品的生产。保护环境是另一个关键领域，可以利用这些材料的选择性吸收能力，从增强的捕获二氧化碳或净化水的方法中受益。

挑战和未来方向

尽管令人兴奋，但从实验室发现到工业应用的旅程充满了挑战。在确保可持续性和成本效益的同时，扩大这些材料的合成仍然是一个重大障碍。此外，需要进一步研究，以充分了解发现的每种新二维材料的特性和潜在应用。

尽管如此，林雪平大学的团队持乐观态度。“总的来说，二维材料在大量应用中显示出巨大的潜力。现在是关于扩大综合规模，并以可持续的方式进行。”