非常薄的材料，只有几个原子厚，表现出独特的特性，使它们在能量储存、催化和水净化方面具有吸引力。瑞典Linköping大学的研究人员现在已经开发出一种方法，可以合成数百种新的二维材料。他们的研究发表在《科学》杂志上。

自从发现石墨烯以来，对极薄材料，即所谓的二维材料的研究领域呈指数级增长。原因是二维材料相对于其体积或重量具有较大的表面积。这产生了一系列的物理现象和独特的性质，如良好的导电性，高强度或耐热性，使二维材料在基础研究和应用中都很感兴趣。

Linköping大学材料物理学教授约翰娜·罗森杰说：“在只有一毫米厚的薄膜中，可能有数百万层这种材料。例如，在层之间，可以有很多化学反应，因此，二维材料可以用于能量存储或产生燃料。”

MXenes家族和新的理论模型

最大的二维材料家族被称为MXenes。MXenes是由称为MAX相位的三维母材料创建的。它由三种不同的元素组成：M是过渡金属，A是a族元素，X是碳或氮。通过用酸去除A元素（剥离），创建了二维材料。到目前为止，MXenes是唯一以这种方式创建的材料家族。

Linköping研究人员介绍了一种理论方法，用于预测其他可能适合转换为二维材料的三维材料。他们还证明了理论模型与现实相符。

为了取得成功，研究人员采用了三步法。在第一步，他们开发了一个理论模型来预测哪种母体材料是合适的。通过在国家超级计算机中心进行大规模计算，研究人员能够从数据库和由66643种材料组成的选择中确定119种有前途的3D材料。

下一步是尝试在实验室中创造这种材料。

物理、化学和生物学系助理教授周杰（音译）说：“在119种可能的材料中，我们研究了哪些材料具有所需的化学稳定性，哪些材料是最佳候选材料。首先，我们必须合成3D材料，这本身就是一个挑战。最后，我们有了一个高质量的样品，我们可以用氢氟酸去角质并蚀刻掉特定的原子层。”

研究人员从母体材料YRu2Si2中去除钇（Y），从而形成了二维Ru2SixOy。

未来的影响及应用

但要在实验室中确认成功，验证是必要的——第三步。研究人员使用了Linköping大学Arwen的扫描透射电子显微镜。它可以在原子水平上检查材料及其结构。在Arwen中，也可以使用光谱学来研究材料由哪些原子组成。

“我们能够证实我们的理论模型是有效的，并且得到的材料由正确的原子组成。去角质后，材料的图像类似于一本书的页面。令人惊讶的是，这一理论可以付诸实践，从而将化学剥离的概念扩展到比MXenes更多的材料家族，”材料设计部门的副教授乔纳斯Björk说。

研究人员的发现意味着更多具有独特性能的二维材料触手可及。反过来，这些可以为大量的技术应用奠定基础。研究人员的下一步是探索更多潜在的前体材料，并扩大实验规模。约翰娜·罗森杰认为未来的应用几乎是无穷无尽的。

约翰娜·罗森杰表示：“总的来说，二维材料已经显示出巨大的应用潜力。例如，你可以想象捕捉二氧化碳或净化水。现在的问题是扩大合成规模，并以可持续的方式进行合成。”

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