近年来，石墨烯、氮化碳和氮化硼等多孔二维（2D）材料由于其独特的结构、性能和有趣的含义而引起了广泛的兴趣。

结合二维材料与多孔结构的优点，合成的多孔二维材料具有较大的表面积、多种成分和更高的电子导电性，在电化学、光催化和能源应用中具有巨大的应用潜力。

本文讨论了多孔二维 (2D) 材料的潜在应用、未来展望以及与之相关的主要挑战。

多孔二维 (2D) 材料

在二维平面上含有纳米孔的材料是多孔二维材料。高物理和化学活化在二维材料中产生平面内孔。这些平面孔为材料提供了额外的吸收和反应位点，并为质量和电荷转移创造了替代途径，这对于能量存储和转换装置至关重要。

使用纳米级碳作为主要组成部分，已经生产了几种与传统碳材料相比无与伦比的多孔二维材料。因此，人们认识到纳米级碳可以作为多孔碳二维材料的基本构建元素之一。

多孔 2D 材料的示例包括石墨烯、氮化硼 (BN) 和金属氧化物。BN 是一种无定形的非金属材料，可以制造成二维多孔结构。金属氧化物，例如NiO、Co 3 O 4、Mn 2 O 3、Fe 2 O 3和NiFe 2 O 4是可用于生产多孔结构的有用材料。

多孔二维 (2D) 材料的特性

由于其独特的特性和高表面积，多孔二维材料已显示出优于纯二维或多孔结构的显着优势。二维材料的高机械刚度可以提高多孔结构的稳定性并防止其收缩或崩解。

二维材料的热和化学可持续性可以增强多孔材料对特定极端环境的抵抗力。多孔材料的通道和孔有助于电解质的快速传输，从而提高电导率。据称，分子和孔壁之间的相互作用可以加速电解质的扩散速率并增加其电导率。

多孔二维 (2D) 材料的应用

二维 (2D) 多孔材料在许多实际应用中具有巨大的应用潜力。

多孔二维材料的电催化应用

电催化是加速电极表面电化学过程的过程。电催化性能主要取决于电极材料的活性位点数量、原子构型和电导率。由于它们的形态和结构优势，多孔二维材料有望表现出优异的电催化性能。

多孔二维材料可用于电催化的许多领域，包括 HER、OER、整体水分解、电催化剂 CO 2还原和有机氧化反应。

具有纳米结构孔的材料具有显着的表面积和孔径。此外，它们包括比散装材料更多的活性位点。

由于高活性位点、酸稳定性和便宜的成本，二维过渡金属二硫属化物（TMD）纳米片被认为是生产用于电催化 HER 的贵金属电催化剂的最具吸引力的材料之一。

多孔二维纳米片因其理想的特性而被探索用于有机氧化反应，其中包括大量催化活性位点的高暴露表面积和用于加速电子转移和反应物向电催化剂的质量转移的大界面电解质面积。

多孔二维材料的光催化应用

由于光催化的环境相容性和成本低廉，它已被广泛探索用于能源应用。光催化的能量转换效率受载流子的光吸收、解离和分布、活性表面位点的数量以及光催化剂的能带结构（CB和VB的边缘位置）的显着影响。

光腐蚀是光催化剂面临的主要挑战之一。据报道，多孔二维结构材料表现出良好的光腐蚀稳定性和表面电阻。

作为能源材料的应用

由于其独特的结构，多孔二维材料具有多种卓越品质，包括高比表面积、低重量、强机械强度和化学惰性，并在能源行业显示出相当大的前景。

二维材料衍生物中的各种官能团可用作与有机和无机物质结合的有趣载体，证明了制造具有不同复杂程度的二维多孔材料的巨大潜力。

这些优点使多孔二维材料在环境和能源科学中具有广泛的应用，例如用于构建用于能量存储和转换的纳米系统的高性能组件，特别是作为电池、超级电容器和燃料电池的关键元件。

目前有几种材料可用于储氢，包括碳化合物、MOF 和有机材料。多孔二维材料是最常用的储氢材料，并表现出卓越的性能。已经表明，多孔氮化硼微球（BNMS）是一种特殊的储氢材料。由于其特殊的电化学行为，一些多孔材料，包括多孔碳、NiO 和 FeMnO 复合材料，可用于生产超级电容器。

在燃料电池领域，多孔二维材料可能被用作电极。

与多孔二维材料相关的挑战

尽管取得了巨大进步，但多孔二维材料和相关研究仍然面临重大障碍。例如，大孔的存在可能会降低堆积密度和电导率。此外，在多孔二维材料中，许多暴露的活性位点和较低的电荷传输势垒可能会刺激不需要的吸附或化学反应。

多孔二维材料的结构和形态，例如表面体积比 (SSA) 和孔径，对锂电池、超级电容器和燃料电池的制造产生了重大影响。为了获得具有增强的 SSA、导电性和电化学特性的多孔二维材料，应进一步增强多孔结构的制造工艺、均匀性和耐久性。

未来展望

未来，通过结合多种元素，可以生产新的多孔二维多孔材料。应研究微观结构与结构特征之间的联系，应更加重视二维多孔材料的理论研究（计算机模拟），以了解材料特性。

此外，作为各种纳米结构的有用构建块，多孔 2D 材料可以通过与其他 2D 结构连接或组合成具有特定结构（3D 单块、泡沫等）的 3D 结构来进一步开发，具体取决于实际应用需求。

在光催化中，多孔 2D/2D 异质结可以产生改进的电荷载流子分离和传输，以及更快的表面反应动力学。为了最大限度地提高催化性能，可以检查具有不同能带结构和过程的各种异质结构类型。

目前，多孔二维材料的研究主要集中在一小部分物质上，如过渡金属氧化物、二硫化物和 LDHs。具有不同特征的更多种类的材料值得进一步研究。出于这个原因，应该通过提出革命性的沉积或剥离程序或通过使用强大的计算算法来寻找新材料来生产具有更小带隙的其他多孔二维材料。