頻繁的工業(yè)活動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)造成了環(huán)境污染，特別是空氣中的有毒氣體和顆粒物，以及水中的重金屬離子和有機(jī)污染物，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)的健康，已成為當(dāng)前應(yīng)面臨的全球性問(wèn)題。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)綠色、方便、高效的檢測(cè)和處理污染物的技術(shù)。

石墨烯、過(guò)渡金屬二硫?qū)倩?過(guò)渡金屬氧化物 (TMD/TMO)、MXene、氮化碳和氮化硼等二維材料由于其優(yōu)異的性能，近年來(lái)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，二維材料在處理污染物方面還存在一些缺陷，例如石墨烯易堆積、TMD/TMO 和氮化碳的吸附能力差、MXene 親水性高不利于油水分離等缺點(diǎn)。

利用二維材料設(shè)計(jì)和制造三維氣凝膠是克服二維材料在環(huán)境領(lǐng)域的缺陷的一種簡(jiǎn)便策略。與二維材料的層狀結(jié)構(gòu)相比，三維氣凝膠不僅保持了二維材料原有的優(yōu)良性能，而且具有一些改進(jìn)的特性，包括更高的孔隙率、比表面積、機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。二維材料基氣凝膠具有高吸附容量和豐富的結(jié)合位點(diǎn)，可滿足環(huán)境檢測(cè)和修復(fù)應(yīng)用的基本要求。對(duì)于電化學(xué)傳感應(yīng)用，二維材料基氣凝膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和豐富的分子結(jié)合空位。對(duì)于吸附應(yīng)用而言，高孔隙率、高比表面積和三維多孔結(jié)構(gòu)使得二維材料基氣凝膠具有較高的吸附容量。可調(diào)的表面親疏水特性使二維材料基氣凝膠能夠適應(yīng)各種環(huán)境，高彈性和機(jī)械強(qiáng)度使得二維材料基氣凝膠具有優(yōu)異的回收性能。在光催化應(yīng)用方面，二維材料基氣凝膠的三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以提供多維的電子傳輸通道，從而提高光催化效率。

2010 年代以來(lái)，各類(lèi)二維材料基氣凝膠相繼問(wèn)世，二維材料基氣凝膠已引起世界各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注和研究。

本文首先詳細(xì)介紹了二維材料基氣凝膠的合成方法（包括溶膠-凝膠法、自組裝法、水熱法、3D 打?。┖凸δ苷{(diào)控方法（包括金屬、碳功能材料、聚合物和生物材料的復(fù)合）。

此外，還展示了各類(lèi)新型二維材料基氣凝膠家族，包括石墨烯、TMD/TMO、氮化碳、氮化硼、MXene 等。

接下來(lái)介紹并討論了二維材料基氣凝膠在環(huán)境監(jiān)測(cè)和修復(fù)（吸附和光催化）領(lǐng)域中對(duì)水和空氣中各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的應(yīng)用案例。最后，討論了基于二維材料的氣凝膠在環(huán)境應(yīng)用中的可持續(xù)性及其未來(lái)前景和挑戰(zhàn)。

青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院魏剛課題組系統(tǒng)總結(jié)了近年來(lái)基于二維納米材料的氣凝膠的合成與功能調(diào)控，并討論了其用于檢測(cè)和修復(fù)各類(lèi)污染物的應(yīng)用和可持續(xù)性分析。該成果以“Two-dimensional material-based functional aerogels for treating hazards in the environment: synthesis, functional tailoring, applications, and sustainability analysis”為題，發(fā)表在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)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,*(王巖，青島大學(xué)) Xin Zhou*（周鑫，青島大學(xué)） and Gang Wei*(魏剛，青島大學(xué))
  Nanoscale Horiz., 2022, 7, 112-140
  http://doi.org/10.1039/D1NH00633A

  

  
  

• 孔昊 青島大學(xué)

  本文第一作者，現(xiàn)就讀于青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，碩士研究生，研究二維多肽納米材料方向。

• 魏剛教授 青島大學(xué)

  本文通訊作者魏剛教授就職于青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，“多肽納米化學(xué)及仿生成”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。多年來(lái)一直從事生物分子（DNA、蛋白質(zhì)、多肽、生物聚合物）的設(shè)計(jì)、自組裝以及仿生合成及應(yīng)用研究，主持或參與完成多項(xiàng)德國(guó)科學(xué)基金（DFG）、國(guó)家自然科學(xué)基金科研課題以及省部級(jí)科研項(xiàng)目。發(fā)表研究論文 160 余篇，現(xiàn)為 SCI 雜志 J. Nanobiotechnology (中科院 1 區(qū), IF 10.435)副主編，Frontiers in Chemistry（IF 5.221）編輯，Sensors、Biosensors、Applied Science、Materials、AIMS Biophys 編委。為歐盟研究委員會(huì)（ERC）、德國(guó)科學(xué)基金（DFG）、卡塔爾大學(xué)內(nèi)部科學(xué)基金、以色列科學(xué)基金、波蘭國(guó)家科學(xué)基金（NCN）以及德國(guó)洪堡基金會(huì)（AvH）評(píng)審人。