什么是多孔二维材料？都有哪些应用？未来如何发展？一文讲清

多孔二维材料是指由固态或液态颗粒构成的金属或非金属固体，具有两个比表面积大的比空间大的孔隙，可容纳微米级的液体或气体分子。它们在几乎所有的工程材料和节能研究中发挥着重要作用，由于其极为独特的结构，可被广泛应用于能源转换和存储器件、传感器、分子分离和催化等领域。



一、多孔二维材料的结构

多孔二维材料是由在水溶液中利用高分子介质稳定的多孔颗粒体(具有两个以上比表面积大的比空间大的孔隙)构成的二维结构。多孔二维材料可以是原子薄膜由极小的空气(空气纳米孔)组成，也可以是微生物颗粒，如活性炭或氧化石墨烯。

多孔二维材料有一定的表面积、孔隙结构与孔隙空间等特点。对比传统多孔材料，多孔二维材料表面积极大，孔隙大小可控，孔隙结构和孔隙空间独特，故其兼具良好热稳定性、弹性形变率低以及机械强度高等特点。

二、多孔二维材料的应用

（1）多孔二维材料在能源转换和存储方面的应用

由于其优越的传热性能、良好的热稳定性和孔隙空间大量，多孔二维材料可用于储能器件，如锂离子电池、超级电容器等。此外，多孔二维材料可用于发电方面，如可燃性气体和电化学发电。

（2）多孔二维材料在传感器方面的应用

多孔二维材料的表面积大，孔隙结构和空间可以与多种分子实现有效的亲和性相互作用，可以用作吸附剂，以及电化学传感器的活性层。它可以用于检测甲烷、二氧化碳、氧气和水，以及重金属和有机污染物的抗菌效果。

（3）多孔二维材料在分子分离和催化方面的应用

由于其独特的表面特性，多孔二维材料可有效地吸附气体或液体中的有机分子，用于高效分离和催化反应，如分子等温升沸线分离、滴定和催化。

三、多孔二维材料的未来发展

（1）多孔二维材料材料开发

应用多孔二维材料开发多种功能通用型材料，如新型储能材料、陶瓷膜、燃料电池材料、多孔陶瓷等，以更好地完成能源转换和存储。

（2）重组用于组装多孔二维材料

为了有效地组装多孔二维材料，将其组装重组，使得表面性能更加优良，可以用来制备更多元的多孔二维材料，为更多的应用和技术提供有力的支持。

（3）新型薄膜、装置和体系

研究多孔2D材料在多维材料中的连接构筑原理，将其应用于新型薄膜、装置和体系，在空气净化、热控、光电子学、超级电容等领域具有重要的应用价值。

四、结论

多孔二维材料是一种具有表面

多孔二维材料是指以厚度十分薄的薄膜为基础的、沿X和Y方向上的有序结构的空隙分布的二维材料，它特别适合在极高的表面比表面积比重下制备出高净化性能的积分型结构。

突破了原有三维空隙材料不具备的高表面比和空隙精度，是介于常规材料和微纳米材料之间的新型材料。它具备无限的X和Y方向及大多数普通材料不具备的空白及其他极低的厚度，可以在特征尺寸小于1μm的情况下获得精细的结构材料，在传感应用这个优势发挥的淋漓尽致。它的新功能以及新的应用前景，引起了国际学者广泛的关注，甚至还有国际学会就此专采发行专著。

一、多孔二维材料的特性
1、超高表面比

多孔二维材料由薄膜基础，可以很好实现对二维材料表面比相对厚度的极致提升，比如一种去甲醛多孔二维材料，其材料物理性质具有大孔径、超高表面积、超高VO2比、高分散性能和超高的孪晶率等特点，其表面积比表面积比较大，达到800㎡/g左右。

2、不容易变形

多孔二维材料以薄膜基础，且空隙层的大小尺寸的精细，保证了其空隙的有序结构更加稳固，受力会产生小的形状变化，但不会发生大型的形变，易于控制，也更环保。

3、耐低温强度

多孔二维材料小空隙间距也提高了它的低温强度，可以在极低温条件下使用，而无需补偿常规型材料在较低温度的变形行为，减少系统的精度校准要求，尤其是在极低温度的应用场景更体现其优势。

4、高负载能力

多孔二维材料的空隙精度及宽度也增加了其负载能力，由于其特殊的负载结构特性，可以承受起较大的重量，比如可以带有很大的重力效应，而不会发生明显变形，可以提供良好的支撑或增加系统很好的稳定性。

二、多孔二维材料的应用

1、传感器

多孔二维材料在生物传感器及其他传感器上都有重要的应用，特别是在超低温的应用，该材料的结构能够有效的抑制在低温下传感器系统准确性的变化，从而提高传感器在低温下的精确性，并且由于重量轻，其对所有空间的低噪声实现也更为明显，可以有效的减少噪声对系统准确度的影响。

2、电子器件

多孔二维材料由于其体积小、结构紧密、质量轻等特点，也可以用作实现一些微型电子器件上，比如元件的冷却、多功能元件的高可靠抑制，甚至实现智能加工及分段式加热等，为元器件的设计提供新的立体结构支撑。

3、过滤膜

多孔二维材料也能实现极佳的过滤功能，这主要是由于多孔材料的厚度极薄及精准的空隙结构