<section style="margin-top: 1em; margin-bottom: 0.5em; border-bottom: 1px solid rgb(221, 221, 221); box-sizing: border-box;">

背景介绍

频繁的工业活动和人类活动造成了环境污染，特别是空气中的有毒气体和颗粒物，以及水中的重金属离子和{attr}3224{/attr}污染物，已经严重威胁到了生态系统和人类的健康，已成为当前应面临的全球性问题。因此，迫切需要开发绿色、方便、高效的检测和处理污染物的技术。

石墨烯、过渡金属二硫属化物/过渡金属氧化物 (TMD/TMO)、MXene、氮化碳和氮化硼等二维材料由于其优异的性能，近年来在环境科学领域引起了广泛关注。然而，二维材料在处理污染物方面还存在一些缺陷，例如石墨烯易堆积、TMD/TMO 和氮化碳的吸附能力差、MXene 亲水性高不利于油水分离等缺点。

利用二维材料设计和制造三维气凝胶是克服二维材料在环境领域的缺陷的一种简便策略。与二维材料的层状结构相比，三维气凝胶不仅保持了二维材料原有的优良性能，而且具有一些改进的特性，包括更高的孔隙率、比表面积、机械强度和结构稳定性。二维材料基气凝胶具有高吸附容量和丰富的结合位点，可满足环境检测和修复应用的基本要求。对于电化学传感应用，二维材料基气凝胶具有优异的导电性和丰富的分子结合空位。对于吸附应用而言，高孔隙率、高比表面积和三维多孔结构使得二维材料基气凝胶具有较高的吸附容量。可调的表面亲疏水特性使二维材料基气凝胶能够适应各种环境，高弹性和机械强度使得二维材料基气凝胶具有优异的回收性能。在光催化应用方面，二维材料基气凝胶的三维互联网络结构可以提供多维的电子传输通道，从而提高光催化效率。

2010 年代以来，各类二维材料基气凝胶相继问世，二维材料基气凝胶已引起世界各国科学家的关注和研究。

本文首先详细介绍了二维材料基气凝胶的合成方法（包括溶胶-凝胶法、自组装法、水热法、3D 打印）和功能调控方法（包括金属、碳功能材料、聚合物和生物材料的复合）。

此外，还展示了各类新型二维材料基气凝胶家族，包括石墨烯、TMD/TMO、氮化碳、氮化硼、MXene 等。

接下来介绍并讨论了二维材料基气凝胶在环境监测和修复（吸附和光催化）领域中对水和空气中各种有机和无机污染物的应用案例。最后，讨论了基于二维材料的气凝胶在环境应用中的可持续性及其未来前景和挑战。

青岛大学化学化工学院魏刚课题组系统总结了近年来基于二维纳米材料的气凝胶的合成与功能调控，并讨论了其用于检测和修复各类污染物的应用和可持续性分析。该成果以“Two-dimensional material-based functional aerogels for treating hazards in the environment: synthesis, functional tailoring, applications, and sustainability analysis”为题，发表在英国皇家学会期刊 Nanoscale Horizons 上。

• Two-dimensional material-based functional aerogels for treating hazards in the environment: synthesis, functional tailoring, applications, and sustainability analysis
  Hao Kong, Yun Chen, Guozheng Yang, Bin Liu, Lei Guo, Yan Wang,*(王岩，青岛大学) Xin Zhou*（周鑫，青岛大学） and Gang Wei*(魏刚，青岛大学)
  Nanoscale Horiz., 2022, 7, 112-140
  http://doi.org/10.1039/D1NH00633A

  

  
  

• 孔昊 青岛大学

  本文第一作者，现就读于青岛大学化学化工学院，硕士研究生，研究二维多肽纳米材料方向。

• 魏刚教授 青岛大学

  本文通讯作者魏刚教授就职于青岛大学化学化工学院，“多肽纳米化学及仿生成”团队负责人。多年来一直从事生物分子（DNA、蛋白质、多肽、生物聚合物）的设计、自组装以及仿生合成及应用研究，主持或参与完成多项德国科学基金（DFG）、国家自然科学基金科研课题以及省部级科研项目。发表研究论文 160 余篇，现为 SCI 杂志 J. Nanobiotechnology (中科院 1 区, IF 10.435)副主编，Frontiers in Chemistry（IF 5.221）编辑，Sensors、Biosensors、Applied Science、Materials、AIMS Biophys 编委。为欧盟研究委员会（ERC）、德国科学基金（DFG）、卡塔尔大学内部科学基金、以色列科学基金、波兰国家科学基金（NCN）以及德国洪堡基金会（AvH）评审人。