研究背景
二維材料是指材料在厚度方向上僅有一個或幾個原子層的層狀結構，這些材料因其超大的比表面積、量子限域效應和獨特的電子結構而成為了近年來研究的熱點。自2004年石墨烯被發現以來，大量研究工作集中在探索和開發其他類石墨烯的二維材料，例如過渡金屬二硫化物（TMDs）、六方氮化硼（h-BN）、黑磷（BP）、MXenes和金屬有機框架（MOFs）等。這些材料因其在光電子學、自旋電子學、二氧化碳轉化、能源存儲和氣體分離等領域的潛在應用而備受矚目。然而，盡管二維材料在眾多領域展現出廣泛的應用前景，手性，尤其是全局手性，作為一個重要的結構特性，卻長期以來在二維材料中顯得缺乏。這一點尤其令人意外，因為手性層狀晶體，例如MOFs，已經存在多年。全局手性是指在分子水平以上的構象和排列，能夠顯著影響材料的物理化學性質，特別是在對映選擇性相互作用中的表現。然而，在實際操作中，手性二維材料的超薄納米片或單層材料的分離與表征十分困難，此外，由于溶解性差，這些納米片容易自發堆疊，最終形成塊狀三維材料。這些問題嚴重制約了手性二維材料在高比表面積結構中的應用。有鑒于此，上海交通大學化學化工學院董金橋、劉燕以及崔勇合作在“Nature Chemistry”期刊上發表了題為“Emerging chiral two-dimensional materials”的最新評述論文。論文指出，近年來，研究者們在超薄手性二維晶體的設計策略、合成方法和結構表征方面取得了重要進展。通過化學合成，幾種不同類型的超薄手性二維晶體得以實現，這些晶體展現出了獨特的全局手性特性。特別是分子尺度的局部手性在二維單晶結構中能夠顯著傳遞和放大，從而產生獨特的全局手性，為材料賦予了更復雜的功能。這一突破不僅為理解二維材料中的全局手性提供了新的視角，也為未來二維材料的發展開辟了新的研究方向。未來的研究將進一步探索這些材料在光學、催化、生物傳感等領域中的應用潛力，推動手性二維材料向更高水平的功能化和應用化發展。
研究亮點
1. 論文中，科學家們首次實現了幾種不同類型的超薄手性二維晶體，這些晶體具有獨特的全局手性，這在二維材料中此前是缺失的。2. 研究者們通過精心設計的策略與合成方法，成功地將分子層面的局部手性傳遞并放大至整個超薄單晶二維結構。這種全局手性使得二維材料在功能上變得更加復雜，提供了開發新應用的潛力。
圖文解讀
圖1：手性二維2D 金屬有機骨架材料metal–organic frameworks，MOFs的局部結構表征。 圖2：通過共價或非共價組裝的手性二維2D納米片合成和結構表征。圖3：手性二維2D 有機-無機混合鈣鈦礦hybrid organic–inorganic perovskites，HOIP的晶體結構。 圖 4: 手性二維2D蛋白質的合成和HR-TEM表征。
總結展望
本文揭示了超薄手性二維材料的潛在價值和應用前景。自石墨烯發現以來，二維材料的研究已經取得了顯著進展，但全局手性這一特性仍顯缺乏。近期，通過合成幾種不同類型的超薄手性二維晶體，科學家們展示了如何在二維結構中實現并放大全局手性。這一進展不僅豐富了二維材料的性質，也為它們在功能化方面開辟了新的方向。特別是，局部手性在超薄單晶二維材料中能夠顯著傳遞和放大，帶來了獨特的全局手性特征。這種全局手性使得二維材料在催化、傳感以及分子識別等應用中具有巨大的潛力。未來的研究可以進一步探索如何優化這些材料的設計和合成，以實現更高效的手性選擇性應用，并推動相關技術的發展。 Dong, J., Liu, Y. & Cui, Y. Emerging chiral two-dimensional materials. Nat. Chem. (2024).https://doi.org/10.1038/s41557-024-01595-w
