二维材料作为当今材料科学的前沿，凭借其独特的结构和优异的物理化学性能，已在能源、电子、催化等众多领域展现出巨大的潜力。本课题组立足于二维材料的制备和应用，致力于高质量、大规模二维材料的低成本制备，探索其在储能、催化等关键领域的应用。

我们通过开发电化学剥离和自下而上热解等多种制备技术，实现了石墨烯及其氧化物的宏量制备，并成功应用于微型超级电容器和锂电池等储能器件。同时，我们开发了新型剥离和合成技术，制备出MXene、BN、硼烯、磷烯等二维材料及其异质结，并在二维过渡金属碲化物（TMTs）方面取得突破性进展，实现了百克级TMT纳米片的可扩展制备。这些材料在储能、电催化等领域展现出优异性能和巨大应用潜力，我们由此建立了从制备方法、结构设计到应用开发的完整科研体系。

一、石墨烯的可控制备与应用示范

我们针对石墨烯基材料低成本、大规模批量化制备与应用等关键问题，进行了深入研究：（i）发展了电化学剥离、自下而上热解、Hummers等多种方法制备出不同种类石墨烯材料，包括氧化石墨烯、还原石墨烯、单层/少层石墨烯、站立石墨烯阵列、原子级掺杂石墨烯等，实现了高质量石墨烯的宏量、低成本制备，完成了石墨烯连续制备实验平台的搭建；（ii）发展了湿法纺丝、生物模板基CVD生长、室温下快速还原、自蔓延燃烧等方法，构建出不同维度的石墨烯宏观体材料，包括石墨烯纤维、薄膜和三维网络材料，并探索了这些石墨烯基材料在储能、催化、导热等领域的应用。

二、二维材料精准设计与结构调控

近几年，二维材料的出现，革新了各个领域的发展，为高活性电极材料的发展开辟了新的方向。相比于块体材料，二维材料在电化学活性、机械柔性及导电和导热方面具有明显的优势，同时具有面内良好的电子传输特性，使其成为能源存储与催化转化的理想电极材料。课题组目前在石墨烯、MXene、BN、硼烯、磷烯等二维材料及其衍生物的制备及应用上展开了一系列的研究工作，开发了电化学剥离、固相锂化剥离、离子吸附、模板法、激光刻蚀等新方法，发展了氧化石墨烯、氟掺杂的电化学剥离石墨烯、二维碲化物、过渡金属氧化物（V₂O₅, MnO₂, Mn₃O₄, RuO₂, δ-MnO₂, Polypyrrole）石墨烯异质结等新材料；通过调控离子-电子电导、面内尺寸、面内原子序、层间距、孔尺寸等微/介观形貌特征，探索了其丰富的物理化学特性，实现了二维材料在碱金属电池、水系电池、电容器、双高储能、电催化以及相变材料中的进一步应用。

三、新型二维材料开发与应用探索

二维材料由于其独特的性质获得了众多领域的广泛关注，而开发新型二维材料是进一步丰富其种类、拓展其应用的关键。为此，本课题组从新型材料探索、合成方法、物性探索到应用开发等全方位开展新型二维材料研究。近来，课题组在二维过渡金属碲化物（TMTs）领域取得了重要进展。我们开发了一种可规模化的固态锂化与剥离方法，实现了百克级别高质量TMT纳米片的制备，并在此基础上进行了深入的物性研究和应用探索，发现这些TMT纳米片具有优异的量子效应、电催化性能和储能特性。该研究不仅解决了TMTs放大制备难题，还为其在实际应用中的发展提供了新的思路。