J Materiomics 4(2018) ivvii

J Materiomics Vol 4, 2018

Graphical abstracts

PREFACE Inclusion in Web of Science and Scopus

An overview of two dimensional materialsHongwei Zhu*, Jonghwan Suhr, Renzhi Ma

pp. 81–82

二维材料综述二维材料是材料科学广泛研究的领域之一。二维材料的研究在过去几年中迅速发展，并引发了来自材料科学，物

理学，化学，工程学，医学和工业界的数千名科学家的高度关注。该领域的研究引发了新一代原子级厚度金属，半金属，半导体，氮化物，氧化物/氢氧化物，过渡金属二硫化物（TMD），拓扑绝缘体甚至拓扑结构聚合物的出现，展示了新性能和技术创新的潜力。本期专刊的主题包括 TMDs 和过渡金属氧化物（TMOs），石墨烯和石墨烯衍生材料，黑磷（BP），二维金属以及相关的异质结构/杂化物/复合材料及其在能源，环境，电子， 和生物学领域的应用潜力。

REVIEW ARTILE Inclusion in Web of Science and Scopus

Photodeposited metal-semiconductor nanocomposites and their applicationsYoonkyung Lee, Eunpa Kim, Yunjeong Park, Jangho Kim, WonHyoung Ryu*, Junsuk Rho** and Kyunghoon Kim*

pp. 83–94

We introduce the photodeposition method and review the photodepos-ition of metal nanoparticles on the surface of transition metal oxide and transition metal dichalcogenides.

The current applications are also explained, such as photocatalysis, hydrogen evolution reaction, surface Raman enhanced scattering, etc.

This approach for nanocomposites has potential for future research areas such as photocatalysis, hydro-gen evolution reaction, surface Ra-man enhanced scattering, and other applications.

光沉积法制备的金属-半导体纳米复合材料及其应用二维层状纳米材料，包括过渡金属氧化物和过渡金属二卤代物，由于其独特的电学和光学特性而

得到了广泛的研究，但仍存在一些局限性。为了克服这些限制，过渡金属氧化物和过渡金属二硫化物等二维层状纳米材料因其独特的电学和光学性能引发了广泛的研究，但他们仍然存在一些局限性。为克服这些限制，研究者采用各种方法发展了基于过渡金属氧化物和过渡金属二硫化物的纳米复合材料，这些材料表现出了优异的性能。在本文中，我们综述了利用光沉积在过渡金属氧化物和过渡

V Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii

金属二硫化物表面沉积金属纳米颗粒的方法。阐述了该方法在光催化，析氢反应，表面增强拉曼散射等方面的应用。这种制备纳米复合材料的方法在未来的研究领域中具有很大潜力。

REVIEW ARTILE Inclusion in Web of Science and ScopusDefect engineering of two-dimensional materials for efficient electrocatalysisHongwei Zhang and Ruitao Lv* pp.95–

107

2D materials are attractive to serve as noble-metal-free electrocatalysts for hydrogen evolu-tion reaction (HER), oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER).

Defect engineering, including generating vacan-cies, heteroatom doping, heterojunction forma-tion, etc., can enhance catalytic activity of 2D elctrocatalysts.

Recent progress on defect engineering of two-di-mensional 2D eletrocatalysts for HER, ORR and OER are summarized.

Challenges and opportunities of defect engineer-ing for electrocatalysts are proposed.

高效电催化二维材料的缺陷工程探索用于电化学反应（包括析氢反应（HER），氧化还原反应（ORR）和析氧反应(OER)等）

的高活性，地球丰产的电催化剂对于发展未来大规模绿色能源转化和存储系统至关重要。近年来，过渡金属二硫化物和层状氧化物等二维半导体材料因其具有低成本和资源丰富的特点，并且具有与传统贵金属催化剂（如 Pt / C，RuO2，IrO2 等）相当的催化活性和长期稳定性，吸引了越来越多的关注。然而，一些二维材料的本征活性仍不能满足未来能量转化和存储系统所需的高效高可靠性的要求。鉴于此，设计具有足量，高活性位点以及优异导电性的电催化剂具有重大意义。缺陷工程是调节高效电催化二维材料物理化学性能的有力工具。在本文中，我们介绍了缺陷工程在用于析氢，氧化还原和析氧反应的电催化剂中应用的研究进展。总结了缺陷在二维电催化材料结构和性能调控中的作用，提出了这一新兴领域面临的挑战和机遇。REVIEW ARTILE Inclusion in Web of Science and Scopus

Electrophoretic deposition of graphene-based materials: A review of materials and their applicationsYifei Ma, Jiemin Han, Mei Wang*, Xuyuan Chen and Suotang Jia

pp.108–120

Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii VI

The research progress in recent 5 years of the electrophoretic depos-ition (EPD) of graphene materials and their applications are summar-ized.

The research progress of the EPD of graphene-based composite ma-terials and their applications are reviewed.

The discussed composite materials include graphene/nanoparticles (nonmetal and metal based) and graphene/polymers.

石墨烯基材料的电脉冲沉积：材料及其应用近年来，石墨烯基材料已经可以通过电脉冲沉积技术（EPD）成功制备，并且表现出各种优异的性能。本文综述了

近 5 年来由 EPD 工艺制备石墨烯基材料的研究进展，包括石墨烯薄膜，石墨烯/非金属复合材料，石墨烯/金属基纳米复合材料，石墨烯/聚合物复合材料。我们也总结了目前已经报道的关于电脉冲沉积的实验条件以及沉积的石墨烯基材料的应用。可以看出，EPD 是一种简单、可靠的操作技术，为石墨烯基材料在先进纳米复合材料领域的应用提供了广阔的前景。最后，我们也提出了 EPD 技术目前存在的问题以及未来发展的方向。

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Hierarchically structured 2D silver sheets with fractal networkAasim Shahzad, Suk Ho Bhang, Euiyoung Jung, Woo-Sik Kim* and Taekyung Yu**

pp.121–128

We synthesized highly anisotropic 2D Ag sheets with fractal network in an aqueous-phase at mild reaction condi-tions.

A single crystal Ag sheet was formed by oriented attachment and fusion of small Ag nanoparticles.

Hollow Au sheets were synthesized using galvanic replacement as Ag sheets as a sacrificial template.

具有不规则网络的分层结构二维银片定向附着可以作为一种很好的合成路线来制备高度各向异性的纳米结构，包括纳米棒、纳米线、纳米板以及纳米片

在一个典型的各向异性纳米结构的生长过程中，附着后的聚接和重塑将形成致密的纳米结构。本文报道了在 30 oC 的低反应温度下，定向附着可以形成具有不规则网络结构的 Ag 纳米片。尽管反应在较低的温度下进行，且具有网状结构，但是合成的 Ag 纳米片仍然保持了良好的结晶性。我们还研究了反应条件对合成 Ag 纳米片的影响。此外，使用制备得到的 Ag 纳米片作为牺牲模板，我们可以通过电化学置换的方法获得空心的 Au 纳米片。

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Solvothermal-assisted liquid-phase exfoliation of large size and high quality black phos-phorusZhe Yan, Xuexia He*, Liaona She, Jie Sun, Ruibing Jiang, Hua Xu, Feng Shi, Zhibin Lei, Zong-Huai Liu**

pp.129–134

VII Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii

Few-layer black phos-phorus (BP) has been successfully prepared by using sol-vothermal-assisted liquid- phase exfoli-ation technique.

The obtained BP nanosheets are high quality with an aver-age thickness of about 2 nm, and the horizontal- size is lar-ger than 10 m. 大尺寸优质黑磷在溶剂热辅助下的液相剥离

在二维材料中，黑磷具有独特的层状结构。黑磷的纳米片更因其具有优异的物理性能，如超高迁移率，面内各向异性等受到了广泛的关注。然而，目前所报道的黑磷的水平尺寸均较小，限制了其在集成电路或某些功能器件中的应用。在本工作中，我们采用了溶剂热辅助液相剥离的技术制备了大尺寸、高质量的黑磷纳米片。在高极性乙腈溶剂中，溶剂热处理可以削弱块体黑磷的范德瓦尔斯力。随后通过超声处理，可以实现大尺寸和高质量的黑磷纳米片的有效剥离。TEM，AFM 以及拉曼的结果都表明了制备得到的黑磷纳米片具有较高的质量，且平均厚度在 2 纳米，水平尺寸最大可达 10微米。这

种简便有效地剥离黑磷纳米片的方法在其他二维材料的剥离中也具有相当的应用前景。ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Heterojunction solar cells based on graphene woven fabrics and siliconYujia Zhong, Yequan Xiao, Qiao Chen and Hongwei Zhu*

pp.135–138

Schottky junction solar cells are assembled by combing graphene woven fabrics (GWFs) and n-doped single crystal silicon.

The GWFs with an optimal mesh provide a good balance between the generation and collection of photo-induced carriers to deliver high power conversion effi-ciency.

基于石墨烯织物和硅的异质结太阳能电池石墨烯-半导体异质结已被证明具有高光电转换效率。在这项工作中，我们通过结合石墨烯织物

（GWFs）和 n型掺杂单晶硅构建肖特基结太阳能电池，并且检验了使用不同网格的 GWF时太阳能电池的性能。稀疏的 GWF 具有高度的光学透明度，但是载流子收集性能不佳。而致密的 GWF 可以有效地收集载体，但由于透明度低，产生的光生载流子很少。具有最佳网格的 GWF 可以在光生载流子的产生和收集之间提供良好的平衡，以提供高转换效率。

Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii VIII

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Ferroelectric engineering of two-dimensional group-IV monochalcogenides: The effects of alloying and strainFen Xiong, Xilin Zhang, Zhen Lin and Yue Chen*

pp.139–143

The structural stabilities and spontaneous polariza-tions of nine 2D group-IV monochalcogenides in two competing crystal structures were investigated.

These compounds can be divided into three groups: (1) SnS and SnSe of which the rippled phases are stable and ferroelectric, (2) PbX of which the rippled phases are stable but non-ferroelectric, and (3) SnTe and GeX of which the rippled phases are ferroelectric but energetically unstable.

Pb-doping and equibiaxial strain are found to be effect-ive in stabilizing the rippled phases of 2D group-IV monochalcogenides to achieve ferroelectricity.

  

二维 IV族单硫化物的铁电工程：合金化和应变的影响在这项工作中，我们研究了二维（2D）IV族单硫化物 MX（M = Ge，Sn或 Pb; X = S，Se或 Te）

的稳定性和铁电性。这些二维化合物具有两种相互竞争的晶体结构，包括具有 Pmn21空间群的波纹晶体结构（可剥离获得）和 P3m1六方晶体结构（含有 X-M-M-X 结构单元）。我们发现 PbX，SnS和 SnSe 的波纹相的总能量低于相应六方相的总能量;特别是 SnS 和 SnSe 的波纹相呈现自发极化和铁电性。另一方面，GeX 和 SnTe 的六方相在能量上比相应的波纹相更稳定;因为六方相是中心对称的，所以这些二维化合物是非铁电的。为了设计二维 IV族单硫化物的铁电性，我们研究了合金化和等轴应变的影响。基于密度泛函理论计算，我们发现 Pb 合金化可以稳定 GeX 和 SnTe 的波纹相从而实现铁电性。此外，我们还发现等轴拉伸应变在二维 PbX 化合物的波纹相中会引发铁电性。

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Two-dimensional tungstate nanosheets for constructing novel photochromic hydrogel with ultrahigh flexibilityNa Liu, Sai Liu and Fengxia Geng*

pp.144–148

A hydrogel possessing interesting photochromic behaviors was developed by in situ ultraviolet (UV) irradiation–assisted polymerization of an aqueous solution of N-isopropylacrylamide monomer in the presence of cesium tungstate nanosheets.

A hierarchical porous network structure was finely constructed while showing ultrahigh flexibility and retaining the photochromic properties of the cesium tungstate nanosheets.

The nanocomposite hydrogel with its excellent pho-tochromic properties and ultrahigh flexibility will

IX Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii

have great applications in flexible photochromic devices.

用于构建具有超高柔韧性的新型光致变色水凝胶的二维钨酸盐纳米片通过在 N-异丙基丙烯酰胺单体的水溶液的原位紫外（UV）辐射辅助聚合中引入钨酸铯纳米片，我们开发了具有有

趣光致变色行为的水凝胶。通过这个过程，精细地构造了分层多孔网络结构，该结构同时显示出超高的灵活性。更重要的是，新制备的水凝胶保留了钨酸铯纳米片的光致变色特性。颜色转变可以通过 UV激光照射容易地控制，并且颜色转变通过激光曝光或黑暗处理后完全可逆。纳米复合水凝胶具有优异的光致变色性能和超高的柔韧性，在柔性光致变色器件中具有很好的应用前景。合成过程简单，并有望扩展到其他具有各种新功能的水凝胶的研发。ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Mechanical properties and flame retardancy of surface modified magnesium oxysulfate (5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O) whisker for polypropylene compositesEui-SuKim, Ye Chan Kim, Jungwoo Park, Youngjun Kim, Sung-Hoon Kim, Kwang Jin Kim, Jonghwan Suhr, Youngkwan Lee, Seong Hoon Lee, Dae-Sik Kim, Soo-Hyun Kim, Ju-Ho Yun, In-KyungPark**, and Jae-Do Nam*

pp.149–156

Magnesium oxysulfate (MOS)/polypropyl-ene (PP) composites are fabricated by melt mixing and characterized.

The surface modification of the MOS im-proves the interfacial adhesion with PP matrix.

The MOS produces water molecules through a two-step weight loss, which could extinguish fire acting as a flame retardant.

The MOS can be a reinforcing filler to en-hance the mechanical properties and flame retarding capability.

表面改性氧硫酸镁（5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O）晶须复合聚丙烯材料的力学性能和阻燃性能氧化硫酸镁（MOS）晶须近年来被认为是一种有前景的无机材料，因其高的纵横比和极低的体密度而在聚合物复合

材料的增强填料领域引起了极大关注。在这项研究中，采用 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS），通过溶胶-凝胶法对 MOS 进行缩合反应处理，成功地制备了熔融混合达到 30 wt％MOS 的聚丙烯（PP）。与原始 PP 相比，MOS / PP 复合材料的屈服拉伸强度和模量分别提高了 50.8％和 362％。作为一项新发现，MOS 的阻燃性通过确定在高温下析出的水量来证明，其中在 250-320℃下和在 350-420℃下分别得到 9 wt％和 14 wt％的水。这项工作表明，MOS 可以作为 PP 的优良填料，它不仅能在很大程度上提高机械性能，而且还具有阻燃能力。

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Mechanical properties of nanocomposites reinforced by carbon nanotube spongesWenjie Zhao, Tong Li, Yupeng Li, Daniel J. O'Brien, Mauricio Terrones, Bingqing Wei, JonghwanSuhr**

and X Lucas Lu**

pp.157–164

Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii X

Nano-composites are fabricated and characterized using PDMS and 3D CNT sponge or boron-doped CNT sponge.

Mechanical strength and viscoelastic behaviors of the new composites are improved significantly by the 3D CNT sponges.

CNT composites show 70% increase in elastic modulus, 243% increase in vis-cous modulus in comparison to the pure PDMS.

Mechanical properties of the new com-posites are highly dependent on the 3D structure of CNTs.

The new nano-composite can advance the design of engineering materials that require outstanding viscoelastic behaviors.

碳纳米管海绵增强纳米复合材料的力学性能碳纳米管（CNT）海绵呈现独特的多孔和分层结构，有利于超轻和高韧性复合材料的设计。本研究制备了 CNT海绵

（未掺杂和硼掺杂）增强的聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料。系统地研究了该复合材料的力学性能，包括压缩模量，速率依赖模量，应力松弛行为，动态粘弹性质以及它们对温度的依赖性。Mori-Tanaka微机械模型被验证可用于描述CNT海绵增强复合材料的力学行为。通过与硼掺杂的 CNT海绵偶联，PDMS 复合材料的机械性能显著提高，包括压缩模量（70％），粘性模量（243％）和阻尼能力（50％）。这种增强效应可以通过 CNT海绵的形态来控制，因为硼掺杂和未掺杂的纳米复合材料显示出不同的粘弹性行为。结果表明，CNT海绵增强在开发具有优异机械刚度和可控粘弹性能的工程复合材料方面具有潜力。

ORIGINAL RESEARCH ARTICLE Inclusion in Web of Science and Scopus

Luminous composite ultrathin films of CdTe quantum dots/silk fibroin co-assembled with layered doubled hydroxide: Enhanced photoluminescence and biosensor applica-tionMuhammad Sohail Haroone, Ling Li, Aftab Ahmad, Yaping Huang, Ruili Ma, Ping Zhang, Yuehua Hu, Qari Muhammad Kaleem and Jun Lu*

pp.165–171

CdTe QDs and SF were co-assembled with Layered double hydroxide (LDH) nanosheets to form (QDs@SF/LDH)n ultrathin films.

Compared to (CdTe QDs/LDH)n UTFs, (CdTe QDs@SF/LDH)n UTFs display fluorescence enhancement and longer fluorescent lifetime.

The (CdTe QDs@SF/LDH)n UTFs have potential biosensor application to de-tect the IgG protein.

CdTe 量子点/丝素蛋白与层状双氢氧化物共同组装的超薄发光复合薄膜：光致发光的增强和生物传感器应用量子点（QDs）发光薄膜广泛应用于光电子和光学器件。然而，QDs 聚集导致其荧光性质的猝灭，限制了它们在更

大范围的实际应用。为了解决这个问题，丝素蛋白（SB）被用于稳定 3-巯基丙酸（3-MPA）功能化的碲化镉（CdTe）量 子 点 ， 并借助逐层 （ LBL ） 技 术 与 层 状双氢 氧 化 物 （ LDH ）共同组装形成 了 (QDs @ SF / LDH)n超薄薄膜（UTFs）。UV-Vis 吸收和荧光光谱表明，随着逐层沉积循环次数的增加，薄膜逐步正常生长。XRD 和 AFM 研究证实了薄膜的周期性层状结构和规则表面形貌。与(CdTe QDs / LDH)nUTFs 相比，(CdTe QDs @ SF / LDH)nUTFs 在固态和水

XI Graphical abstracts / J Materiomics 4(2018) ivvii

溶液中均显示出荧光增强和更长的荧光寿命。此外，与溶液状态相比，(CdTe QDs @ SF / LDH)nUTFs 中 SF-RC 和 SF-β的荧光增强分别为 7倍和 17倍，表明 LDH 纳米片有利于 CdTe QDs @ SF 的荧光增强。所制备的材料对生物分子（例如免疫球蛋白，lgG）显示出荧光响应。因此，(CdTe QDs @ SF / LDH)nUTFs 有望被用作生物传感器。