超薄层状催化剂，是指厚度仅为几个原子层至数个纳米尺度，层内依靠强共价键结合，层间以范德华力、弱静电作用相互堆叠的二维结构催化材料。
超薄层状催化剂包含两类：一类为本征层状材料，可通过自上而下剥离块体前驱体得到超薄片层；另一类为直接合成的超薄二维催化材料（非层状二维纳米片），其块体原料不具备原生层状晶体结构。
超薄层状催化剂凭借超薄结构拥有较大比表面积，能够暴露大量低配位活性位点，有效缩短反应物与载流子传输路径；同时可通过调控片层厚度调节材料电子结构，优化底物吸附能力，降低反应能垒，促进目标反应进行并抑制竞争副反应，实现催化效率与选择性调控。
在电催化领域，超薄层状催化剂广泛应用于析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原反应（CO2RR）以及氮还原反应（NRR）等能源转化反应中。在光催化领域，超薄二维光催化剂尤其是无机半导体光催化剂已得到大量研究，以光催化分解水制氢为例，超薄结构能有效促进光生电子和空穴的分离与迁移，提升产氢效率。
根据材料类型的不同，超薄层状催化剂主要包括石墨烯及单元素二维类石墨烯材料（Xenes）、层状双金属氢氧化物（LDHs）、MXenes材料、过渡金属硫族化合物（TMDs）、二维金属有机框架（MOFs）等类别。
新思界
行业分析人士表示，现阶段，超薄层状催化剂市场尚处于从实验室研究向产业化过渡的早期阶段，参与主体以科研院所、高校及部分专业材料企业为主，我国相关研究成果不断增多。2025年度中国化工学会科学技术奖评选中，江苏大学“超薄层状催化剂的微纳尺度调控及高效制氢机制”项目获得“基础研究成果奖”。
上海理工大学能源材料科学研究院牵头、江苏小蓝氢能源科技有限公司联合攻关的“原子级超薄二维水裂解催化剂”项目荣获2025年度中国发明协会发明创业奖成果奖二等奖。吉林大学“一种超薄蜂窝层状氧化物纳米片、制备方法及其在电催化酸性析氧反应中的应用”发明专利完成科技成果转化，并于2026年7月公示相关科技成果转化现金奖励。
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