导 读

      二维单元素纳米片（Xenes）具有高比表面积、优良的生物安全性、金属导电性以及可调谐的电化学性质。水凝胶在组织工程、柔性储能、传感器以及生物医学领域具有广阔的应用前景。将二维单元素纳米片和水凝胶结合起来，对制备高性能的多功能水凝胶具有重要意义。本文从多个角度综述了二维单元素纳米片水凝胶的合成、性能及应用。

      水凝胶通常是由亲水性聚合物和水组成的三维网络，具有膨胀性、透光性、柔软性、生物相容性和易改性等特点（图2左上）。水凝胶在日常生活和生物医学领域中具有极大的实用价值。然而，水凝胶聚合物之间的相互作用较弱，无法保持延展性和稳定性。水凝胶可以为其他材料提供附着点，作为很好的载体。为了进一步提升水凝胶性能，通常将不同的材料加入到水凝胶基质中。

      由于二维平面内载流子的受限迁移和热扩散，二维材料的介入是改善水凝胶性能和扩大其应用范围的有效方法。一方面，由于Xenes具有的原子级厚度，显示出优异的物理和化学反应活性，如电学、光学、磁学和催化性质（图2左下）；另一方面，从其单元素组成来看，Xenes与其他二维材料相比具有优异的性能和广泛的应用前景。

      首先，Xenes中X原子的杂化形式是sp2或sp3，使Xenes结构简单，可预测、可控制和可感知；其次，Xenes还可以通过改变其结构来调整其性质。此外，Xenes组分简单，降解只产生有限或无害的产物，有助于保护环境和实现高生物兼容性。但Xenes在反应中受限、在嵌入3D基质中缺乏稳定性等问题限制了其应用范围，因此，学界尝试将新兴的Xenes引入水凝胶网络中，即利用三维水凝胶作为二维Xenes的支架，提高水凝胶的性能，拓展其应用空间。如图2右侧所示，Xenes和水凝胶的结合能够有效提升其性质。

图3 单元素纳米片水凝胶在医学领域的主要应用

      近年来，各种Xenes水凝胶迅速涌现，为搭建复杂、强大的多功能平台提供了可能。本文对Xenes水凝胶的合成方法、性能及应用进行详细的综述。总结了各种合成方法的一般特点和优缺点，供研究人员根据不同的需要进行选择。详细介绍新兴Xenes水凝胶的一般和特殊性质，并与传统水凝胶进行比较，阐明它们的优势和面临的挑战。作为一种新型功能材料，期待更多的学者们参与进来，拓宽该类型材料的应用范围，推动其发展。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100327

引用格式：Kang Y., Zhang H., Chen L., et al. (2022). The marriage of Xenes and Hydrogels: Fundamentals, Applications, and Outlook. The Innovation. 3(6),100327.