研究背景
二维材料是指材料在厚度方向上仅有一个或几个原子层的层状结构，这些材料因其超大的比表面积、量子限域效应和独特的电子结构而成为了近年来研究的热点。自2004年石墨烯被发现以来，大量研究工作集中在探索和开发其他类石墨烯的二维材料，例如过渡金属二硫化物（TMDs）、六方氮化硼（h-BN）、黑磷（BP）、MXenes和金属有机框架（MOFs）等。这些材料因其在光电子学、自旋电子学、二氧化碳转化、能源存储和气体分离等领域的潜在应用而备受瞩目。然而，尽管二维材料在众多领域展现出广泛的应用前景，手性，尤其是全局手性，作为一个重要的结构特性，却长期以来在二维材料中显得缺乏。这一点尤其令人意外，因为手性层状晶体，例如MOFs，已经存在多年。全局手性是指在分子水平以上的构象和排列，能够显著影响材料的物理化学性质，特别是在对映选择性相互作用中的表现。然而，在实际操作中，手性二维材料的超薄纳米片或单层材料的分离与表征十分困难，此外，由于溶解性差，这些纳米片容易自发堆叠，最终形成块状三维材料。这些问题严重制约了手性二维材料在高比表面积结构中的应用。有鉴于此，上海交通大学化学化工学院董金桥、刘燕以及崔勇合作在“Nature Chemistry”期刊上发表了题为“Emerging chiral two-dimensional materials”的最新评述论文。论文指出，近年来，研究者们在超薄手性二维晶体的设计策略、合成方法和结构表征方面取得了重要进展。通过化学合成，几种不同类型的超薄手性二维晶体得以实现，这些晶体展现出了独特的全局手性特性。特别是分子尺度的局部手性在二维单晶结构中能够显著传递和放大，从而产生独特的全局手性，为材料赋予了更复杂的功能。这一突破不仅为理解二维材料中的全局手性提供了新的视角，也为未来二维材料的发展开辟了新的研究方向。未来的研究将进一步探索这些材料在光学、催化、生物传感等领域中的应用潜力，推动手性二维材料向更高水平的功能化和应用化发展。
研究亮点
1. 论文中，科学家们首次实现了几种不同类型的超薄手性二维晶体，这些晶体具有独特的全局手性，这在二维材料中此前是缺失的。2. 研究者们通过精心设计的策略与合成方法，成功地将分子层面的局部手性传递并放大至整个超薄单晶二维结构。这种全局手性使得二维材料在功能上变得更加复杂，提供了开发新应用的潜力。
图文解读
图1：手性二维2D 金属有机骨架材料metal–organic frameworks，MOFs的局部结构表征。 图2：通过共价或非共价组装的手性二维2D纳米片合成和结构表征。图3：手性二维2D 有机-无机混合钙钛矿hybrid organic–inorganic perovskites，HOIP的晶体结构。 图 4: 手性二维2D蛋白质的合成和HR-TEM表征。
总结展望
本文揭示了超薄手性二维材料的潜在价值和应用前景。自石墨烯发现以来，二维材料的研究已经取得了显著进展，但全局手性这一特性仍显缺乏。近期，通过合成几种不同类型的超薄手性二维晶体，科学家们展示了如何在二维结构中实现并放大全局手性。这一进展不仅丰富了二维材料的性质，也为它们在功能化方面开辟了新的方向。特别是，局部手性在超薄单晶二维材料中能够显著传递和放大，带来了独特的全局手性特征。这种全局手性使得二维材料在催化、传感以及分子识别等应用中具有巨大的潜力。未来的研究可以进一步探索如何优化这些材料的设计和合成，以实现更高效的手性选择性应用，并推动相关技术的发展。 Dong, J., Liu, Y. & Cui, Y. Emerging chiral two-dimensional materials. Nat. Chem. (2024).https://doi.org/10.1038/s41557-024-01595-w
