元素二維 (2D) 材料由于其獨特的物理、化學和電子特性，已成為能源和催化應用的有希望的候選材料。

在有利的傳輸特性、有趣的物理化學特性、提供巨大的表面積與體積比、以及二維超薄結構產生的限制效應方面，這些材料具有優勢。

圖1. 基本元素二維材料概述

在此，香港城市大學張華教授和美國普渡大學武文倬教授等人綜述了基于除石墨烯以外的元素二維材料在新興能源和催化方面應用的最新進展。首先，作者簡要介紹了元素二維材料的一般分類、結構和性質以及材料制備的新進展。

然后討論了能量收集和存儲方面的各種應用，包括太陽能電池、壓電和摩擦納米發電機，熱電設備、電池和超級電容器。此外，作者進一步討論了元素二維材料用于電催化、光催化和多相催化的探索。最后，討論了元素二維材料在能源和催化領域未來發展的挑戰和前景。

圖2. 基于元素二維材料的鋰離子電池及性能

作者指出，未來的研究方向包括：

(1) 實驗工作和理論計算之間的協同作用至關重要，不僅對于材料合成和表征，而且對于器件性能和應用開發。

(2) 對于能源相關應用，能源轉換/存儲效率和器件性能有待進一步提高。

(3) 對于催化相關應用，催化劑的活性和穩定性以及產物選擇性是需要解決的關鍵問題。

(4) 盡管報道了許多元素2D材料的令人興奮的結果，但它們通常受到其固有特性的某些方面和與加工相關的結構缺點的限制，如何有針對性地克服這些缺點是未來研究的重要方向。

圖3. 元素二維材料及其在能源和催化方面的先進應用的示意圖

Emerging beyond-graphene elemental 2D materials for energy and catalysis applications, Chemical Society Reviews 2021. DOI: 10.1039/C9CS00821G