自石墨烯发现以来,具有原子或者分子厚度的过渡金属卤化物(TMDs),黑鳞(BPs),贵金属纳米片等二维材料便受到了科学家们的广泛关注。相对于其类似物,二维材料具有独特的物理化学性质。但是目前很多技术性问题(大规模制备、易堆叠等)仍然制约着二维材料的进一步发展。我们开展的研究主要就集中在如何高效制备二维材料上。一方面,基于层状金属有机框架(MOF)晶体,我们通过配体层间插入和化学还原断裂的方式,成功地制备出二维(2D)金属有机框架(MOF)纳米片。此方法的新颖性在于,通过化学配位键的作用,含有化学可断裂基团的试剂(4,4’-dipyridyldisulfide)可以插入到层状金属有机框架(MOF)的层与层之间。在含膦的亲核试剂作用下,有机配体中二硫键可以快速地发生还原反应。另外,在一定程度上,二硫键的还原进程可以调控二维(2D)金属有机框架(MOF)纳米片的厚度。化学剥离在室温下可以高效的进行,并可以近57%的总收率获得二维(2D)金属有机框架(MOF)纳米片。而且制备出的二维(2D)金属有机框架(MOF)纳米片可用于非均相的光催化氧化反应。另一方面,我们通过无机强酸辅助的溶剂热剥离法,成功地利用层状碳化氮材料制备出相应的纳米片。这种剥离方法不仅简单高效,而且无机强酸可以通过离心收集循环使用。值得一提是,这种剥离方法适用于不同碳氮比例的层状碳化氮材料(g-C3N4,C2N,Aza-CMP)。制备的g-C3N4纳米片可用于光催化产氢中,且其产氢效率在同等条件下明显高于剥离前的样品。此外,化石燃料的燃烧导致了全球的能源危机及环境污染问题,这在很大程度上促进了可再生能源系统和能源储存系统的发展,如可充放电的金属空气电池和可再生的燃料电池等。由于具有很高的理论能量密度,金属空气电池在未来的电学设备上具有很广阔的应用空间。其中可充放电的锌空电池以其特有的优点,如环境友好和安全高效等,在众多的金属空气电池中使其成为一种理想的选择。现阶段电催化研究领域的热点集中在,1)如何降低电化学催化剂中贵金属(如Pt,Ir或者Ru)的用量;2)直接用其他材料取代贵金属的使用,同时电化学催化剂依然保持良好的催化性能。在众多的研究方向中,无贵金属参与的低成本、高活性、高耐受性和使用寿命长的电化学催化剂的开发已成为主流研究。现阶段电化学催化剂的设计主要有以下两种思路:1)杂原子掺杂。理论计算和实验数据都表明,使用杂原子替换掉晶格中的sp2碳原子可以调节材料的电子分布状态及材料的给电子能力,并由此提供氧气吸附和氧气还原的活性位点,从而达到提高电化学催化剂的催化活性。2)金属纳米粒子的复合。以石墨烯为例,这类碳材料具有很大的比表面积,且结构稳定。如果我们使用高催化活性的金属纳米粒子与之复合,则得到的复合材料同时具备两种复合材料的优点,而且会具有更加优异的催化性能。我们基于以上两点思路,开发了一种高效的双功能催化剂(ORR和OER),并成功的用这种电化学催化剂组装了三电极的锌空电池。与标准电化学催化剂Pt/C及RuO2相比,我们开发的电化学催化剂能量利用效率有明显的提高。由于制备方法简单,原料便宜易得,催化性能高效等优点,我们开发的电化学催化剂有望在未来的锌空电池的实现大规模应用。