林雪平大學Lars Hultman、Shun Kashiwaya等報道合成厚度為單原子層的“金烯”材料，這種單原子金烯可能作為催化劑或者光傳感等應用前景，Nature在頭版對該研究亮點報道。目前原子層厚度Au的合成只能得到多個原子厚度的材料或者局限在模板內部的單原子層Au。有鑒于此，林雪平大學Lars Hultman、Shun Kashiwaya等報道濕法化學對Ti3AuC2進行刻蝕，去除Ti3C2并剝離得到單原子層Au。Ti3AuC2是由Ti3SiC2與Au通過取代反應生成。這種方法具有簡單方便、能夠大規模處理，而且避免使用HF酸。作者將剝離得到的Au命名為Goldene（金烯）。通過電子顯微鏡觀測發現，與塊體Au不同，Au單原子層構成的金烯具有9 %收縮應力。通過分子動力學模擬，發現二維金烯具有結構穩定性，在實驗過程中發現金烯發生一定程度的卷曲與聚集，這種現象能夠通過加入表面活性劑緩解。通過XPS表征發現二維單原子層影響電子結構，使得Au 4f結合能增加0.88 eV。此外，作者從含有Au的其他非vdW材料制備金烯的前景進行展望。
單原子層金烯合成
通過堿性鐵氰化鉀（Murakami試劑）和穩定劑（CTAB、半胱氨酸）處理MAX相Ti3AuC2 ，將其中的Ti3C2層板去除，從而得到2D Au烯。當不加入表面活性劑，生成的是多層Au和Au團簇。通常人們需要使用HF酸刻蝕Mn+1AXn材料的A成分，在這項工作中作者創新的使用Murakami試劑刻蝕MX層，從而得到單原子層Au。表征結果顯示單層金烯材料的Au-Au化學鍵為2.62 ?，與密堆積的二維Au材料Au-Au化學鍵長接近（2.735 ?），相比于平衡狀態的fcc Au，產生9 %的晶格收縮。這種化學鍵收縮是由于維度（三維結構降低為二維結構）降低增強面內化學鍵導致。通過HR-STEM表征技術研究二維金烯的形貌，二維金烯的尺寸為納米~100 nm，金烯納米片能夠自由的漂浮或者互相堆疊，但是不會破碎生成Au納米粒子，這是因為表面活性劑起到穩定作用。
金烯的電子結構
通過XPS表征金烯的電子結構。金烯的Au 4f7/2的峰位置處于83.96 eV，然而Ti3AuC2具有兩個Au 4f雙重峰，而且位置向高能量區間偏移0.92 eV，作者認為這種峰位置偏移是由于Au向Ti3C2的電子轉移導致，這種現象在Ti3AlC2和Ti2AlC中同樣存在。通過與Ti-Au合金的Au 4f7/2峰進行對比，同樣驗證這個結論。金烯的Au 4f表現兩個峰，強度更高的峰是覆蓋的Au層產生，強度低的峰是二維Au的化學鍵。
分子動力學模擬
作者通過分子動力學模擬研究單層金烯的結構和動力學穩定性。建立了單層fcc Au(111)，使用AIMD進行研究，在300 K溫度進行5 ps計算。AIMD模擬計算結果驗證單層二維金烯具有動力學穩定。但是實驗結果顯示刻蝕得到的單層金烯可能卷曲和團聚。 因此作者分別考察了結構對金烯穩定性的影響，以及各種點缺陷的效果：(1) 吸附Au原子對金烯穩定性的影響 (2) 不含應力、含有拉伸/收縮應力對金烯穩定性的影響 (3) Au空位和Si雜質對穩定性的影響 (4) 雙層Au烯的穩定性。結果顯示Si雜質導致化學鍵網絡產生結構畸變，當Si雜質位于邊緣能夠導致金烯卷曲。當存在Si雜質時，Au空位有助于穩定金烯的結構。AIMD模擬的結果顯示單層金烯能夠發生少量的卷曲，這與實驗結果相符。而且當Au之間距離減少，由于Au之間較強的吸引力，導致卷曲程度增加。因此，通過計算說明單層金烯具有本征穩定性，實驗觀測到的卷曲可能因為實驗處理和表征過程導致。Kashiwaya, S., Shi, Y., Lu, J. et al. Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold. Nat. Synth (2024). DOI: 10.1038/s44160-024-00518-4https://www.nature.com/articles/s44160-024-00518-4https://www.nature.com/articles/d41586-024-01118-0
