DOI:10.1016/j.susmat.2020.e00214
當代社會日益嚴重的環境問題要求材料科學研究者開發符合生態可持續發展的高性能功能材料。一維（1D）納米纖維（NFs）和二維（2D）納米片（NSs）是先進納米復合材料的兩種基本構建模塊。靜電紡絲是構建1D納米纖維基納米復合材料的最常用的技術之一，在近二十年來，靜電紡絲受到了廣泛的關注。超薄2D納米片被認為是通過原位生長或物理共混法與電紡納米纖維結合的重要材料。本文全面綜述了納米片耦合電紡納米復合材料在可持續應用方面的研究進展。介紹了適用于能量存儲、催化、吸附、分離、傳感和其他功能（包括生物醫學應用和電磁屏蔽）的異質功能納米復合材料。此外，還簡要介紹了有關協同工程設計的1D-2D納米復合材料未來發展的總結和展望。
圖1.1D電紡納米纖維（NFs）/2D納米片（NSs）納米復合材料的特征圖。高性能1D/2D功能納米復合材料可以通過1D電紡納米纖維和2D納米片的合理協同工程化來制備。這些構型主要包括嵌入納米纖維中的納米片，在納米纖維處連接的納米片和在納米纖維上生長的納米片。1D/2D復合材料具有結構可控、制備效率高、電導率高、層間距可調、活性位點豐富和比表面積大等優點。
圖2.與2D納米片混合的1D電紡納米纖維的應用類別，包括能量存儲、催化、吸附、分離、傳感、生物醫學應用和電磁屏蔽等。
圖3.用于能量存儲應用的協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料。（a）通過靜電紡絲制備一維碳納米纖維/2D MoS2納米片納米復合材料。（b）制備納米纖維/納米片納米復合材料的示意圖，其中包含嵌入碳納米纖維中的單層超小MoS2 納米片。（c）核殼結構納米纖維/MoS2納米片納米復合材料的SEM圖像。（d）人造納米纖維/MoS2納米片和僅含有一種成分的對照組的循環性能。
圖4.用于高性能鈉離子電池的碳納米纖維互穿石墨烯架構。（a）碳納米纖維結合石墨烯和MoS2納米片的制備過程。（b）MoS2@CNFIG橫截面的SEM圖像。（c）MoS2@CNFIG的長期循環性能及其相應的庫侖效率。
圖5.協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料用于電催化。（a）制備C@CoS@TiO2納米纖維的示意圖。（b）C@CoS@TiO2的SEM圖像表明，CoS納米片垂直涂覆在TiO2納米纖維表面上。（c）C@CoS@TiO2的高分辨率TEM圖像。（d）制備的自立式C@CoS@TiO2納米纖維膜的氨產率和FE性能。（e）Bi2O3納米片@MCCM的制備示意圖。（f）所制備的Bi2O3納米片@MCCM的SEM圖像，顯示碳納米纖維上均勻分布的Bi2O3納米片。（g）所制備的Bi2O3納米片@MCCM的TEM圖像，顯示Bi2O3納米片@MCCM保留的多通道。（h）FE對不同樣品形成HCOOH的影響。Bi2O3納米片@MCCM具有最佳的電催化活性。
圖6.用于電催化和光催化的協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料。（a）與SnO2納米纖維異質納米復合材料偶聯的MoS2納米片的制造過程示意圖。（b）所制備的雜化材料的SEM圖像。（c，d）評估具有不同Mo/Sn比的MoS2/SnO2納米復合材料、Pt、SnO2納米纖維和純MoS2納米片的電催化性能。（e）GCN/N-TiO2的制備過程示意圖。（f，g）通過光催化產生的H2和羅丹明B的光降解速率測定不同樣品的光催化活性。GCN/N-TiO2顯示出最佳的光催化活性。
圖7.協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料用于油/水分離。（a）GNA氣凝膠的制備示意圖及其SEM圖像。（b）GNA對水包油乳液的分離性能。（c）靜電紡絲PAN襯底上GO膜的分離行為示意圖。（d）通過PAN膜上的GO（左）和PAN膜上的rGO（右）滲透的水分子和不同水合離子的路徑示意圖。
圖8.協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料的吸附。（a，b）PVDF-HFP/Cu2+和PVDF-HFP/CuO納米片的SEM和潤濕性表征。（c）所制備的2Dγ-AlOOH納米片@1D SiO2納米纖維的SEM圖像。（d）左：獨立式膜的數字圖片，顯示出其高度的柔性；右：所制備的1D/2D雜化吸附材料的吸附能力。
圖9.用于傳感的協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料。（a）還原的GO@SnO2納米復合材料的TEM圖像。（b）還原的GO@SnO2納米復合材料中關于NO2氣體的傳感機制示意圖。（c）還原的GO@SnO2納米復合材料的動態響應曲線。（d）用于核-殼納米復合材料制備的同軸靜電紡絲工藝示意圖。（e）所制備的核-殼納米纖維的TEM圖像。（f）純PVDF、GO摻雜PVDF和核-殼納米復合材料的輸出電荷。
圖10.用于生物醫學和電磁屏蔽材料的協同工程化1D電紡納米纖維和2D納米片納米復合材料。（a）PCL-GO雜化支架的制備和應用示意圖。（b，c）培養6天后，在純PCL納米纖維支架和PCL-GO雜化支架上分化的神經干細胞的SEM圖像。（d，e）在包括玻璃、純PCL、GO和PCL-GO在內的不同基底上細胞表達Olig2和MBP的百分比。（f）所制備的CNFs-GN-CNFs異質結的示意圖。（g，h）CNFs-GN-CNFs雜化納米復合材料的SEM和TEM圖像。（i）CNFs-GN-CNFs和純CNFs的屏蔽效果。
