林雪平大学Lars Hultman、Shun Kashiwaya等报道合成厚度为单原子层的“金烯”材料，这种单原子金烯可能作为催化剂或者光传感等应用前景，Nature在头版对该研究亮点报道。目前原子层厚度Au的合成只能得到多个原子厚度的材料或者局限在模板内部的单原子层Au。有鉴于此，林雪平大学Lars Hultman、Shun Kashiwaya等报道湿法化学对Ti3AuC2进行刻蚀，去除Ti3C2并剥离得到单原子层Au。Ti3AuC2是由Ti3SiC2与Au通过取代反应生成。这种方法具有简单方便、能够大规模处理，而且避免使用HF酸。作者将剥离得到的Au命名为Goldene（金烯）。通过电子显微镜观测发现，与块体Au不同，Au单原子层构成的金烯具有9 %收缩应力。通过分子动力学模拟，发现二维金烯具有结构稳定性，在实验过程中发现金烯发生一定程度的卷曲与聚集，这种现象能够通过加入表面活性剂缓解。通过XPS表征发现二维单原子层影响电子结构，使得Au 4f结合能增加0.88 eV。此外，作者从含有Au的其他非vdW材料制备金烯的前景进行展望。
单原子层金烯合成
通过碱性铁氰化钾（Murakami试剂）和稳定剂（CTAB、半胱氨酸）处理MAX相Ti3AuC2 ，将其中的Ti3C2层板去除，从而得到2D Au烯。当不加入表面活性剂，生成的是多层Au和Au团簇。通常人们需要使用HF酸刻蚀Mn+1AXn材料的A成分，在这项工作中作者创新的使用Murakami试剂刻蚀MX层，从而得到单原子层Au。表征结果显示单层金烯材料的Au-Au化学键为2.62 Å，与密堆积的二维Au材料Au-Au化学键长接近（2.735 Å），相比于平衡状态的fcc Au，产生9 %的晶格收缩。这种化学键收缩是由于维度（三维结构降低为二维结构）降低增强面内化学键导致。通过HR-STEM表征技术研究二维金烯的形貌，二维金烯的尺寸为纳米~100 nm，金烯纳米片能够自由的漂浮或者互相堆叠，但是不会破碎生成Au纳米粒子，这是因为表面活性剂起到稳定作用。
金烯的电子结构
通过XPS表征金烯的电子结构。金烯的Au 4f7/2的峰位置处于83.96 eV，然而Ti3AuC2具有两个Au 4f双重峰，而且位置向高能量区间偏移0.92 eV，作者认为这种峰位置偏移是由于Au向Ti3C2的电子转移导致，这种现象在Ti3AlC2和Ti2AlC中同样存在。通过与Ti-Au合金的Au 4f7/2峰进行对比，同样验证这个结论。金烯的Au 4f表现两个峰，强度更高的峰是覆盖的Au层产生，强度低的峰是二维Au的化学键。
分子动力学模拟
作者通过分子动力学模拟研究单层金烯的结构和动力学稳定性。建立了单层fcc Au(111)，使用AIMD进行研究，在300 K温度进行5 ps计算。AIMD模拟计算结果验证单层二维金烯具有动力学稳定。但是实验结果显示刻蚀得到的单层金烯可能卷曲和团聚。 因此作者分别考察了结构对金烯稳定性的影响，以及各种点缺陷的效果：(1) 吸附Au原子对金烯稳定性的影响 (2) 不含应力、含有拉伸/收缩应力对金烯稳定性的影响 (3) Au空位和Si杂质对稳定性的影响 (4) 双层Au烯的稳定性。结果显示Si杂质导致化学键网络产生结构畸变，当Si杂质位于边缘能够导致金烯卷曲。当存在Si杂质时，Au空位有助于稳定金烯的结构。AIMD模拟的结果显示单层金烯能够发生少量的卷曲，这与实验结果相符。而且当Au之间距离减少，由于Au之间较强的吸引力，导致卷曲程度增加。因此，通过计算说明单层金烯具有本征稳定性，实验观测到的卷曲可能因为实验处理和表征过程导致。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
