[发明专利]多原子层状材料

说明书

描述了一种多原子层状材料及其制备和使用方法。该材料可以包含第一2D非碳单元素原子层、第二2D非碳单元素原子层、以及位于第一原子层和第二原子层之间的嵌入物。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月15日提交的美国临时专利申请第62/362840号的优先权权益，其内容通过引用整体并入。

背景技术

A.技术领域

本发明一般涉及多原子层状材料，其包含具有位于原子层之间的嵌入物的非碳2D单元素原子层(例如，硅烯、锗烯、锡烯、磷烯、铅或硼烯)。这些材料可以用于多种应用(例如，催化、能量储存/转换/运输、热装置、生物分析装置、机械装置、电装置、传感器、执行机构、压电装置、智能织物、柔性装置、照相装置、光学装置、光电装置、显示装置、高性能纳米复合材料等)。

B.相关技术描述

鉴于石墨烯具有高稳定性、相对容易合成和固有的平面结构(即由于包含石墨烯的构成型碳原子的sp²杂化)，自从其于2004年发现以来，石墨烯已成为对各种应用的深入研究的主题。这些应用包括使用石墨烯作为催化剂载体结构(参见M.H.Seo等人，Electrochemistry Communications，第13卷，第2期,(2011))。在这种情况下使用石墨烯的一个潜在问题是在通常进行催化反应的高反应温度下，石墨烯可以作为碳源，其可以沉积在活性催化剂的表面上，从而减少可用的活性表面面积且缩短催化剂寿命。另一个缺点是尽管纯石墨烯是化学惰性的，但基于石墨烯的材料(例如，氧化石墨烯或其他官能化的石墨烯)具有固有的催化性质。鉴于此，在实践中，很少获得纯石墨烯，使用不纯的石墨烯会干扰期望的催化反应。因此，虽然催化金属可以与2D石墨烯层结合，但是所得材料不会完全适合用于催化。石墨烯的另一个相关的缺点是其对氧化的敏感性。因此，在催化反应中氧作为反应物或产物可以氧化表面(即，产生氧化石墨烯)，从而加剧上述氧化石墨烯的催化效用。在这种情况下，即使是纯石墨烯也可能是不合适的，因为它会在反应过程中氧化并自身变为反应性的，从而干扰主要的催化反应。