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二维材料微豪配资，如石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫族化合物，通常受到已知三维体材料的限制。设计和合成全新的二维材料，特别是范德华（vdW）层状材料，将极大地扩展二维材料的特性和功能。2020年，通过在二维非层状氮化钼表面添加硅进行，合成了一种新型的vdW层状材料MoSi2N4，从此开辟了通式为MA2Z4的vdW新材料家族。
由于MA2Z4中元素和结构的多样性，除了已合成的MSi2N4（M=Mo、W）之外，还预测出了100多种MA2Z4材料及其衍生物，包括金属、半导体、超导体、拓扑绝缘体、铁电体和铁磁体。这些材料展现出多种卓越的电子、光学、热学、力学、铁电和磁学性能，在电子和光电子器件、电催化、光催化和电池等领域具有广阔的应用前景。在过去的4年里，MoSi2N4材料家族迅速成为材料科学领域的一个关键研究前沿。
中国科学院金属研究所任文才研究员等人总结了MoSi2N4材料家族的研究进展，涵盖了它们的晶体结构、合成方法、基本性质和潜在应用，并对未来的研究方向进行了展望。相关工作以《The van der Waals MoSi2N4 materials family》为题在《Nature Reviews Materials》上发表论文。
图2 通式为MA2Z4的vdW新材料家族
尽管已经取得了实质性进展微豪配资，但MoSi2N4材料家族的探索仍处于起步阶段，从预测和合成到性能和应用研究，仍存在许多挑战。特别是，MA2Z4材料的实验研究远远落后于理论研究，主要是由于合成材料的可用性有限。迄今为止，只合成了MoSi2N4和WSi2N4，而其他预测的MA2Z4材料尽管具有有趣的预期性能，但尚未实现。目前，开发有效的合成方法是当务之急。
对于MoSi2N4和WSi2N4，高质量的块状晶体、大面积薄膜、可扩展的纳米片及其宏观结构对于其应用和性能探索至关重要。然而，目前可用的材料仍然存在明显的缺陷，这阻碍了它们的本征性质。尽管单层MoSi2N4薄膜和WSi2N4畴已经通过CVD合成，类似于硅技术，但在电子、光电子和自旋电子器件中的应用需要晶圆级单晶。此外，精确控制多层膜的层数和堆叠顺序对于观察滑移铁电等现象至关重要。同时，各种应用领域，包括电催化、光催化、电池和复合材料，都高度依赖于MA2Z4纳米片的可扩展生产、缺陷工程和组装。具有特定米勒指数和界面外延策略的合适单晶衬底可以实现具有特定堆叠顺序的单晶和多层晶体的合成，而化学蒸汽传输和通量方法对于生产块状晶体是有效的。
此外，人工智能（AI）技术为加速新型MA2Z4材料及其衍生物的发现和合成开辟了新的途径。人工智能驱动的计算模型，如生成模型（例如微软的MatterGen）、进化算法和强化学习，可以大大加速新型MA2Z4材料的精确设计。自主Al驱动的机器人化学家可以利用大规模材料数据库生成初始合成方案，执行自动合成，进行原位表征，并通过机器学习迭代优化反应参数，这将大大提高MA2Z4材料的合成效率。一旦实现了这些材料的可控合成，对其有吸引力的性质和潜在应用的实验探索将成为未来研究的关键领域。
文献信息
The van der Waals MoSi2N4 materials family，Nature Reviews Materials，2025.
https://www.nature.com/articles/s41578-025-00832-z
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