DOI:10.1016/j.susmat.2020.e00214
当代社会日益严重的环境问题要求材料科学研究者开发符合生态可持续发展的高性能功能材料。一维（1D）纳米纤维（NFs）和二维（2D）纳米片（NSs）是先进纳米复合材料的两种基本构建模块。静电纺丝是构建1D纳米纤维基纳米复合材料的最常用的技术之一，在近二十年来，静电纺丝受到了广泛的关注。超薄2D纳米片被认为是通过原位生长或物理共混法与电纺纳米纤维结合的重要材料。本文全面综述了纳米片耦合电纺纳米复合材料在可持续应用方面的研究进展。介绍了适用于能量存储、催化、吸附、分离、传感和其他功能（包括生物医学应用和电磁屏蔽）的异质功能纳米复合材料。此外，还简要介绍了有关协同工程设计的1D-2D纳米复合材料未来发展的总结和展望。
图1.1D电纺纳米纤维（NFs）/2D纳米片（NSs）纳米复合材料的特征图。高性能1D/2D功能纳米复合材料可以通过1D电纺纳米纤维和2D纳米片的合理协同工程化来制备。这些构型主要包括嵌入纳米纤维中的纳米片，在纳米纤维处连接的纳米片和在纳米纤维上生长的纳米片。1D/2D复合材料具有结构可控、制备效率高、电导率高、层间距可调、活性位点丰富和比表面积大等优点。
图2.与2D纳米片混合的1D电纺纳米纤维的应用类别，包括能量存储、催化、吸附、分离、传感、生物医学应用和电磁屏蔽等。
图3.用于能量存储应用的协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料。（a）通过静电纺丝制备一维碳纳米纤维/2D MoS2纳米片纳米复合材料。（b）制备纳米纤维/纳米片纳米复合材料的示意图，其中包含嵌入碳纳米纤维中的单层超小MoS2 纳米片。（c）核壳结构纳米纤维/MoS2纳米片纳米复合材料的SEM图像。（d）人造纳米纤维/MoS2纳米片和仅含有一种成分的对照组的循环性能。
图4.用于高性能钠离子电池的碳纳米纤维互穿石墨烯架构。（a）碳纳米纤维结合石墨烯和MoS2纳米片的制备过程。（b）MoS2@CNFIG横截面的SEM图像。（c）MoS2@CNFIG的长期循环性能及其相应的库仑效率。
图5.协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料用于电催化。（a）制备C@CoS@TiO2纳米纤维的示意图。（b）C@CoS@TiO2的SEM图像表明，CoS纳米片垂直涂覆在TiO2纳米纤维表面上。（c）C@CoS@TiO2的高分辨率TEM图像。（d）制备的自立式C@CoS@TiO2纳米纤维膜的氨产率和FE性能。（e）Bi2O3纳米片@MCCM的制备示意图。（f）所制备的Bi2O3纳米片@MCCM的SEM图像，显示碳纳米纤维上均匀分布的Bi2O3纳米片。（g）所制备的Bi2O3纳米片@MCCM的TEM图像，显示Bi2O3纳米片@MCCM保留的多通道。（h）FE对不同样品形成HCOOH的影响。Bi2O3纳米片@MCCM具有最佳的电催化活性。
图6.用于电催化和光催化的协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料。（a）与SnO2纳米纤维异质纳米复合材料偶联的MoS2纳米片的制造过程示意图。（b）所制备的杂化材料的SEM图像。（c，d）评估具有不同Mo/Sn比的MoS2/SnO2纳米复合材料、Pt、SnO2纳米纤维和纯MoS2纳米片的电催化性能。（e）GCN/N-TiO2的制备过程示意图。（f，g）通过光催化产生的H2和罗丹明B的光降解速率测定不同样品的光催化活性。GCN/N-TiO2显示出最佳的光催化活性。
图7.协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料用于油/水分离。（a）GNA气凝胶的制备示意图及其SEM图像。（b）GNA对水包油乳液的分离性能。（c）静电纺丝PAN衬底上GO膜的分离行为示意图。（d）通过PAN膜上的GO（左）和PAN膜上的rGO（右）渗透的水分子和不同水合离子的路径示意图。
图8.协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料的吸附。（a，b）PVDF-HFP/Cu2+和PVDF-HFP/CuO纳米片的SEM和润湿性表征。（c）所制备的2Dγ-AlOOH纳米片@1D SiO2纳米纤维的SEM图像。（d）左：独立式膜的数字图片，显示出其高度的柔性；右：所制备的1D/2D杂化吸附材料的吸附能力。
图9.用于传感的协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料。（a）还原的GO@SnO2纳米复合材料的TEM图像。（b）还原的GO@SnO2纳米复合材料中关于NO2气体的传感机制示意图。（c）还原的GO@SnO2纳米复合材料的动态响应曲线。（d）用于核-壳纳米复合材料制备的同轴静电纺丝工艺示意图。（e）所制备的核-壳纳米纤维的TEM图像。（f）纯PVDF、GO掺杂PVDF和核-壳纳米复合材料的输出电荷。
图10.用于生物医学和电磁屏蔽材料的协同工程化1D电纺纳米纤维和2D纳米片纳米复合材料。（a）PCL-GO杂化支架的制备和应用示意图。（b，c）培养6天后，在纯PCL纳米纤维支架和PCL-GO杂化支架上分化的神经干细胞的SEM图像。（d，e）在包括玻璃、纯PCL、GO和PCL-GO在内的不同基底上细胞表达Olig2和MBP的百分比。（f）所制备的CNFs-GN-CNFs异质结的示意图。（g，h）CNFs-GN-CNFs杂化纳米复合材料的SEM和TEM图像。（i）CNFs-GN-CNFs和纯CNFs的屏蔽效果。
