二维材料在能源存储和转换、传感器、柔性器件等领域有着广阔的应用前景。低成本、大批量和高质量的二维材料的合成是其商业用途的前提。石墨烯及其衍生物的可扩展制备和工业应用已经建立了相对成熟的技术。而石墨烯以外的二维材料的大规模生产仍处于起步阶段，缺乏对这个主题的总结。
有鉴于此，清华-伯克利深圳学院刘碧录副教授等人，系统地描述了石墨烯以外二维材料高产率制备的最新方法，包括“自上而下”剥离和“自下而上”合成方法。具体从原理、优化尝试、获得的二维材料特性和可扩展性等方面讨论了每种方法。重点介绍了2D材料的应用，包括电催化、电池、超级电容器、机械和化学传感器，以及电磁干扰屏蔽和微波吸收器件。最后，提出了二维材料可扩展制备和商业应用的挑战和机遇。
本文要点
1）总结了“自上而下”的剥离方法，包括超声处理、高剪切混合、球磨、研磨剥离和电化学剥离，可用于大规模生产石墨烯以外的2D材料。并对各种方法的机理、优缺点进行了分析。“自下而上”的合成策略，如在3D模板上直接CVD生长、前驱体后退火、湿化学等，也被集中合成粉末或泡沫形式的2D材料。这种大规模生产的 2D 材料有望用于能量转换和存储、可穿戴和皮肤贴附传感器以及用于 EMI 屏蔽和微波吸收的功能设备。
2）除了石墨烯及其应用之外，二维材料的大规模生产已经付出了巨大的努力，但在它们对行业产生真正影响之前仍然存在巨大的挑战。(1)“自上而下”剥离法制备的二维材料厚度和尺寸分布广泛，目前单层的产率很低。(2) 与零维 (0D) 和一维 (1D) 材料相比，2D 材料的一个独特之处在于它们具有块状层状材料作为其对应物，幸运的是作为丰富的自然资源（如矿物）存在，使低成本的二维材料的大规模生产成为可能。一旦提高产量和生产效率，“自上而下”的剥离技术就有可能实现工业级。(3)对于具有重要性质但成分复杂、难以采用自下而上方法合成的新型二维材料，有必要进一步推广类似的大规模制备方法。(4)在溶液处理过程中，二维纳米片可以实现多种化学修饰，用于功能复合材料、传感器、光热治疗等广泛的应用，但功能化的可控性需要更多的关注。(5)上述方法将为在各种二维材料的基础上方便地制备异质结构、杂化材料和超晶格材料带来机遇。(6) 对于现实应用，多功能设备的集成越来越受到关注。
参考文献：
Yang, L., Chen, W., Yu, Q. et al. Mass production of two-dimensional materials beyond graphene and their applications. Nano Res. 14, 1583–1597 (2021).
DOI: 10.1007/s12274-020-2897-3
https://doi.org/10.1007/s12274-020-2897-3
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