本书是一本系统论述二维无机材料的基础理论性著作，以不同电性二维无机材料为主线，围绕二维无机材料的制备技术、膨润与剥离、具体剥离方法、二维纳米片层功能化四部分展开论述，将剥离理论与具体应用技术相结合。书中依据二维无机材料层板电性不同，负电性二维无机材料主要讨论层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物，正电性二维无机材料主要对层状双金属氢氧化物（LDHs）进行讨论，中性二维无机材料主要讨论层状二硫化钼、层状黑磷及层状磷烯等。最后，另设章节专门论述了二维纳米片层孔洞化及其材料电化学储能。
本书适合作为化学和材料类高年级本科生、研究生的教材，以及二维层状材料及功能材料研究人员的科研参考用书。
本书为国家科学技术学术著作出版基金项目，是陕西师范大学刘宗怀等人多年研究成果与教学的积累。图书以不同电性二维无机材料为主线，从二维无机材料制备技术，二维无机材料膨润及剥离原理及规律，二维纳米片层组装原理及组装纳米功能材料应用四个方面进行论述和讨论。全书分为11章：第1章为二维无机材料总论；第2-3章主要论述二维无机材料的剥离原理、本质和剥离规律性，即二维无机材料膨润现象和二维无机材料的剥离及无机纳米层；第4-10章依据不同电性二维无机材料制备技术、剥离方法、剥离纳米片层表征、纳米片层组装方法学及组装纳米功能材料应用展开论述，其中，负电性二维无机材料主要论述层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物，正电性二维无机材料主要对层状双金属水合氢氧化物（LDHs）进行论述，中性二维无机材料主要论述层状MoS2、层状黑磷及层状锑烯等；第11章主要论述二维纳米片层组装材料在储能领域，特别在二次电池及超级电容器等方面的应用。
刘宗怀教授在二维层状材料制备、剥离及其功能化研究方面持续工作二十余年，系统研究了二维层状材料膨润及剥离过程、规律性及其纳米片层组装纳米层状功能材料，特别是在层状二氧化锰制备、膨润及剥离原理及规律性及二氧化锰纳米片层组装纳米功能材料研究方面研究特色明显，成果突出。发现了层状二氧化锰短距离膨润和剥离现象，从分子水平理论分析了短距离膨润和剥离原因，阐明了二维层状材料膨润及剥离本质所在，揭示了负电性二维层状材料短距离膨润和剥离规律性。以层状二氧化锰膨润及剥离规律性为指导，系统研究了二维层状氧化石墨、层状MoS2及层状黑磷，取得了系列开拓性研究成果，积累了丰富的理论知识和研究经验。
二维无机层状材料是一类重要的固体功能材料，其层与层之间弱的相互作用、层板内强的共价键作用以及分子级纳米层板厚度等独特的结构特性，为该类材料的膨润、剥离、纳米片层功能化及设计组装新型纳米层状功能材料提供了理论及实践上的可行性，成为设计、组装和制备二维纳米材料重要的前驱体或基本组装单元。近二十年来，二维无机层状材料及其剥离所得二维纳米片层的研究出现了井喷式发展趋势，所组装材料在储能材料、光催化材料、吸附材料及磁性材料等领域展现了广阔的应用前景。
二维无机层状材料及其剥离所得二维纳米片层的基础和应用研究已经取得了显著进步。针对不同类型二维无机层状材料，围绕其制备技术、插层反应机制、膨润和剥离过程以及纳米片层组装二维纳米功能材料等方面，发展了许多独特的制备新技术，阐明了二维无机层状材料的插层反应机制，发展了二维无机层状材料膨润和剥离新体系，实现了二维纳米材料应用性的突破。这些工作的特点是特定类型二维无机层状材料研究目标明确，解决问题针对性强，且相应的文献报道和书籍较多。但是，对于不同类型二维无机层状材料的结构差异性导致的插层反应机制、膨润和剥离行为的本质规律以及纳米片层组装二维纳米材料等研究的系统性有待加强，需要一本有关其制备、膨润和剥离、纳米片层功能化的系统性著作以弥补这方面的不足。因此，本书的编写思想是以不同电性二维无机层状材料为主线，从二维无机层状材料的制备、膨润及剥离原理、剥离方法、二维纳米片层功能化等方面进行论述和讨论，以弥补相近书籍只注重二维无机层状材料制备或只注重其剥离现象及剥离材料应用，而对剥离本质及原理的系统论述和讨论不足的现状，为化学和材料类高年级本科生、研究生和二维层状材料及功能材料研究人员提供一本系统论述二维无机层状材料的基础理论性著作。
本书主要内容包括二维无机层状材料制备技术，二维无机层状材料膨润、剥离原理及方法，二维纳米片层功能化以及纳米功能材料应用四大部分。全书共分11章，第1章为二维无机层状材料总论；第2～3章主要论述二维无机层状材料膨润、剥离原理和规律性，即二维无机层状材料的膨润现象、剥离以及无机纳米片层；第4～10章依据不同电性二维无机层状材料，从制备技术、剥离方法、剥离纳米片层、纳米片层功能化及组装材料的应用分别展开论述。依据二维无机层状材料层板电性的不同，负电性二维无机层状材料主要集中讨论层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物，正电性二维无机层状材料主要对层状双金属水合氢氧化物（LDHs）进行讨论，中性二维无机层状材料主要讨论层状MoS2、层状黑磷及层状磷烯等；第11章主要论述二维纳米片层的孔洞化及其材料的电化学储能。
本书初稿部分内容系陕西师范大学材料科学与工程学院的讲义。在讲义使用过程中，不少老师和学生都提出了宝贵意见，编者谨向他们表示感谢。
本书在编写过程中，还参考了国内外出版的一些教材、著作和论文，在学习过程中获得了启发和教益，编者谨向作者表示感谢。
最后，感谢化学工业出版社的热情鼓励、支持和帮助。
由于编者水平有限，疏漏和不当之处在所难免，恳请各位专家和同行以及阅读使用本书的教师和同学们提出宝贵意见，以便及时更正。
刘宗怀
2021年4月于陕西师范大学
刘宗怀，陕西师范大学教授，在无机层状材料的制备、剥离及纳米层组装方向有20年以上的工作和研究经历，对于无机层状化合物的剥离及剥离得到的纳米层组装层状纳米功能材料有比较系统的理解和应用，特别是首次发现了层状二氧化锰剥离行为，利用剥离得到的二氧化锰纳米层组装了系列在储能材料方面有应用价值的层状纳米功能材料。主要体现在开发了不同电性无机层状化合物剥离新技术，实现了温和条件下不同电性纳米层组装制备纳米层状功能材料，为实现超级电容器能量密度及容量改善提供了新途径。这些关联研究成果先后获得国家863课题、国家自然科学基金等项目10余项资助，在Small、Mater. Chem.、J. Power Sources等刊物发表论文130余篇，他引4000余次，获中国授权发明专利9项。
第1章 二维无机层状材料总论
1.1 概述 2
1.2 二维无机层状材料的结构特征及分类 3
1.3 无机层状材料的制备方法 5
1.3.1 固相制备法 5
1.3.2 液相制备法 6
1.3.3 气相制备法 7
1.4 二维无机层状材料的插层反应类型 7
1.4.1 离子交换法 7
1.4.2 分子嵌入法 9
1.4.3 柱形化法 9
1.4.4 剥离/重组法 10
1.5 二维无机层状材料的功能化及其应用 12
参考文献 15
第2章 二维无机层状材料的膨润和剥离
2.1 概述 19
2.2 二维无机层状材料的膨润 19
2.2.1 膨润过程中的物理化学特性 22
2.2.2 短距离膨润过程中的能量变化 25
2.2.3 长距离膨润过程 26
2.2.4 发生膨润现象的无机层状材料 28
2.3 二维无机层状材料的剥离 30
2.3.1 剥离反应行为 30
2.3.2 剥离反应过程 32
2.3.3 剥离反应体系 34
参考文献 35
第3章 无机纳米片层及纳米片层组装
3.1 无机纳米片层 38
3.1.1 纳米片层的构造 39
3.1.2 纳米片层的制备 40
3.1.3 纳米片层的表征 52
3.1.4 纳米片层的性质 58
3.1.5 纳米片层的应用 61
3.2 无机纳米片层的组装 62
3.2.1 絮凝组装 62
3.2.2 交替沉积组装 65
3.2.3 Langmuir-Blodgett组装 67
3.2.4 冷冻/或喷雾干燥组装 69
参考文献 71
第4章 层状二氧化锰
4.1 二氧化锰的结构及分类 75
4.1.1 二氧化锰的结构特征 75
4.1.2 层状二氧化锰的结构特征 76
4.1.3 隧道型二氧化锰的结构特征 77
4.2 二氧化锰的制备技术 80
4.2.1 固相反应法和熔融盐法 81
4.2.2 氧化还原沉淀法 82
4.2.3 水热和溶剂热法、水热软化学法 83
4.3 不同结构二氧化锰的性质 84
4.3.1 层状二氧化锰的性质和反应特征 84
4.3.2 隧道型二氧化锰的性质及反应特征 87
4.3.3 二氧化锰的离子筛性质 90
4.4 层状二氧化锰的短距离膨润 92
4.4.1 季铵离子的插层膨润过程 93
4.4.2 插层反应Kielland曲线 103
4.4.3 短距离膨润的影响因素 104
4.5 层状二氧化锰的剥离 109
4.5.1 四甲基铵插层二氧化锰水洗剥离 109
4.5.2 剥离过程的影响因素 112
4.5.3 四丁基铵插层二氧化锰剥离 114
4.5.4 二氧化锰纳米片层的室温一步制备 116
4.6 二氧化锰纳米片层的精细调控 118
4.6.1 纳米片层尺寸的控制 118
4.6.2 纳米片层组成和结构的调控 118
4.6.3 纳米片层静电自组装 119
参考文献 124
第5章 层状二氧化钛
5.1 二氧化钛及层状钛酸盐结构 128
5.1.1 二氧化钛的晶体结构 128
5.1.2 层状钛酸盐结构 129
5.2 层状钛酸盐的制备和离子交换 132
5.2.1 层状钛酸盐制备技术 132
5.2.2 层状钛酸盐的离子交换 133
5.2.3 掺杂层状钛酸盐和层状钛酸 135
5.3 层状二氧化钛的膨润和剥离 137
5.3.1 插层反应及膨润 137
5.3.2 膨润与剥离过程 144
5.3.3 渗透膨润与剥离关系 146
5.4 二氧化钛纳米片层的表征 150
5.4.1 小角X射线散射 150
5.4.2 透射电子显微镜和原子力显微镜表征 152
5.4.3 纳米片层的尺寸控制 154
5.5 二氧化钛纳米片层的性质 157
5.5.1 光学性质 157
5.5.2 电学性质 159
5.5.3 催化性质 160
5.5.4 理论分析 161
5.6 二氧化钛纳米片层的组装及功能化 162
5.6.1 组装二维薄膜 162
5.6.2 组装粉状纳米结构 168
5.6.3 诱导相转移 172
参考文献 174
第6章 层状双金属氢氧化物
6.1 LDHs的组成、结构和性质 178
6.1.1 LDHs的组成和结构 178
6.1.2 LDHs的性质 179
6.2 LDHs制备技术 183
6.2.1 共沉淀法 183
6.2.2 均相沉淀法 184
6.2.3 水热制备法 184
6.2.4 离子交换法 185
6.2.5 焙烧复原法 186
6.2.6 表面原位制备技术 186
6.2.7 模板法 187
6.2.8 其它制备方法 187
6.3 LDHs剥离过程 188
6.3.1 层间环境改善条件下剥离 190
6.3.2 机械力驱动剥离 195
6.3.3 水介质中剥离 201
6.3.4 低温碱介质中剥离 203
6.3.5 等离子体诱导剥离 205
6.3.6 奥斯特瓦尔德熟化-驱动剥离 206
6.3.7 LDHs纳米片层直接制备 207
6.4 正电性LDH纳米片层功能化 212
6.4.1 层板阳离子掺杂功能化 212
6.4.2 纳米片层缺陷功能化 214
6.4.3 纳米片层孔洞功能化 215
参考文献 216
第7章 层状过渡金属碳化物
7.1 MAX相的结构、制备及性质 220
7.1.1 MAX相的结构 220
7.1.2 MAX相的制备 221
7.1.3 MAX相的性质 223
7.2 MXene的结构、制备及性质 224
7.2.1 MXene的结构 224
7.2.2 MXene材料的制备 225
7.3 MXene层状材料剥离 233
7.3.1 MAX相制备MXene材料的剥离能 234
7.3.2 插层/机械辅助剥离 234
7.3.3 Al两性下的TMAOH插层/剥离 239
7.3.4 无氟刻蚀剥离 239
7.3.5 冻结-融化辅助剥离 242
7.3.6 藻类提取物剥离 244
7.4 MXene及纳米片层性质 245
7.4.1 MXene插层性质 245
7.4.2 纳米片层分散液的稳定性 246
7.4.3 纳米片层缺陷性质 248
7.4.4 纳米片层液晶相 248
参考文献 251
第8章 过渡金属硫族化合物
8.1 TMDs层状结构 255
8.2 TMDs剥离 257
8.2.1 机械剥离法 257
8.2.2 液相剥离法 261
8.3 特殊结构与性质TMDs纳米片层 277
8.3.1 缺陷纳米片层 277
8.3.2 异质原子掺杂纳米片层 280
8.3.3 合金化纳米片层 281
8.3.4 纯1T/1T'相纳米片层 283
8.3.5 纳米片层表面化学 284
8.4 TMDs纳米片层性质 286
8.4.1 电子结构和光学性质 286
8.4.2 力学性质 287
8.4.3 摩擦和热性质 288
参考文献 289
第9章 层状黑磷
9.1 层状黑磷结构 293
9.2 层状黑磷的制备 294
9.2.1 高温/高压法 295
9.2.2 矿化剂辅助法 296
9.3 层状黑磷剥离 296
9.3.1 机械剥离转移法 297
9.3.2 液相剥离 299
9.3.3 液相超声辅助剥离 300
9.3.4 溶剂热辅助液相剥离 306
9.3.5 剪切力辅助液相剥离 307
9.3.6 等离子体辅助减薄剥离 308
9.4 磷烯纳米片层性质 309
9.4.1 物理性质 309
9.4.2 化学稳定性 312
9.5 磷烯纳米片层缺陷工程 313
参考文献 315
第10章 单元素层状材料
10.1 硼烯结构、制备及纳米层性质 320
10.1.1 硼烯结构 320
10.1.2 硼烯制备 322
10.1.3 硼烯性质 328
10.2 硅烯结构、制备及其性质 331
10.2.1 硅烯结构 331
10.2.2 硅烯制备 332
10.2.3 硅烯电子结构 335
10.2.4 硅烯功能化 337
参考文献 339
第11章 纳米片层孔洞化及其电化学储能
11.1 电化学储能原理 343
11.2 电化学电容器分类及工作原理 344
11.2.1 电化学电容器分类 344
11.2.2 电化学电容器工作原理 345
11.3 锂离子二次电池及工作原理 347
11.4 二维纳米储能电极材料的结构调控 349
11.5 纳米片层孔洞化策略 350
11.5.1 氧化还原孔洞化机制 352
11.5.2 模板导向孔洞化机制 362
11.6 孔洞化纳米片层材料电化学储能 366
11.6.1 超级电容器储能 366
11.6.2 二次电池储能 374
11.7 孔洞化纳米片层电化学储能应用展望 378
参考文献 380
索引
书单推荐
