二维纳米结构材料，包括无机纳米片和石墨烯纳米片，因其有趣的性能和优异的功能而引起了众多科学研究活动。无机和石墨烯纳米片的互补优势和共同的二维晶体形状使其均匀混合物成为新型高性能功能杂化材料的结构单元。二维无机/石墨烯纳米片的纳米级厚度允许薄片之间实现异常强的电子耦合，从而显着改善了现有功能并创造了出乎意料的性能。
有鉴于此，韩国延世大学Seong-Ju Hwang教授等人，介绍了原子耦合的二维无机-石墨烯纳米片在探索新型异质功能材料方面的协同优势，重点介绍了它们在杂化构建单元、层间材料、添加剂、衬底和沉积单分子层等方面的关键作用。无机-石墨烯纳米片的元素组成，缺陷结构和表面性质具有极大的灵活性和可控性，为探索适用于超级电容器和可充电电池的电极、电催化剂、光催化剂、还有水净化剂的高性能纳米混合材料提供了宝贵的机会。展望了新兴的二维无机石墨烯纳米片复合材料的未来研究前景，并提出了新的合成策略，以最大限度地发挥原子混合二维无机石墨烯纳米片的协同优势。
本文要点
1）这些均匀混合的2D无机-石墨烯纳米片在设计和合成新型功能材料方面的应用满足了以下各种技术的要求：1）这些2D纳米片的厚度和丰富的表面暴露离子促进了强界面电子耦合。这样就可以对产生的杂化材料的电子结构进行调整。2）无机纳米片的柔性化学组成以及与石墨烯纳米片的强电子偶合有助于精细控制其能带结构，以与底物物种的氧化还原电势充分匹配。电子结构的精细控制显着增强了杂化材料的催化活性和选择性。3）在石墨烯纳米片之间引入无机纳米片通过减弱石墨烯纳米片的π-π相互作用而有效地增强了堆叠的2D无机/石墨烯结构的孔隙率。4）这些2D无机/石墨烯纳米片的厚度缩短了质量传输路径，从而改善了它们的电荷传输动力学，并促进了对高性能电极和电催化剂的探索。5）这些2D无机/石墨烯纳米片的表面结构的高度可调性还提供了通过控制与反应物和产物的化学相互作用来改善电催化/光催化反应动力学的机会。此外，这些纳米片的表面性质的可调性使人们可以探索用于锂离子电池的高效电极材料，例如多价离子，金属硫和金属氧以及超级电容器。
2）尽管已经探索了多种类型的基于2D纳米片的杂化材料，但仍有大量机会使用原子耦合的无机石墨烯纳米片来合成新型高性能多功能杂化材料，包括以下内容：1）将其结构尺寸降低为超薄2D纳米结构显着降低了其晶格能，因此促进了晶体缺陷的形成。晶体空位的引入产生了高度缺陷的2D无机/石墨烯纳米片，可用作单原子催化剂（SAC）的有效衬底。2）此外，有缺陷的2D无机/石墨烯纳米片会与其他杂化物种强烈相互作用，从而产生显着的界面电子耦合并优化了电极/催化剂性能。3）通过这些二维无机-石墨烯纳米片的逐层沉积进行堆叠控制的杂化是合成具有协同增效性能的多功能杂化材料的新机遇。重新堆叠的无机和石墨烯纳米片的图案控制对于制造基于2D材料的电子设备至关重要。4）考虑到基于2D无机-石墨烯纳米片的独立式膜的弹性，开发具有多种功能的新型、多样化、可伸缩和可弯曲器件的机会是巨大的。
参考文献：
Xiaoyan Jin et al. Synergetic Advantages of Atomically Coupled 2D Inorganic and Graphene Nanosheets as Versatile Building Blocks for Diverse Functional Nanohybrids. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202005922
https://doi.org/10.1002/adma.202005922
本文来自纳米人，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
