二维材料展现了许多优异的物理化学性质，但许多体系也存在环境稳定性问题，很大程度上限制了其实际应用，其中以少数层黒磷尤为突出。基于第一性原理计算，我们发现当极性较高的水分子逐渐靠近氧气时，水分子的极化作用提高了O₂ 电子亲和能并降低了分子能级的位置。由于氧气分子能级逐渐降至黑磷的价带顶部，从而促进了电子从黑磷向O₂ 的转移。这种电子的转移有效的激活了氧气，引发了无光环境下黑磷的氧化。这一水催化氧化降解机制被实验完美证实[Angew. Chem. Int. Ed. 129, 9259 (2017)]。基于对黑磷氧化机制的理解，李强团队也提出了数种有效保护黑磷方法的理论设想：譬如采用聚合物共价修饰黑磷表面的方法来抑制超氧根产生或隔离空气中氧气和水，进而提高黑磷的环境稳定性 [J. Phys. Chem. Lett. 9, 5034 (2018)]。

图1. (a-b) 水分子催化氧化黑磷机制；(c-d) 聚合物共价修饰黑磷表面抑制超氧根形成。

此外，我们将工作进一步推广到其他二维体系中。首先，对于InSe，我们提出Se空位会与空气中的H₂O和O₂发生化学反应，导致氧原子吸附在Se空位或进入InSe内部并激活表面，致使活化的表面与氧气不断反应，最终氧化成Se单质和In₂O₃[J. Phys. Chem. Lett. 8, 4368 (2017)]。其次，针对GaSe在空气中的氧化，我们提出了光和表面Se空缺两个诱因共同引起发材料在环境中快速降解机制[Nanoscale 2018, 10, 12180]。另外，我们也发现边界与表面空缺也会使相对较稳定的1T相过渡金属硫化物产生氧化降解等行为[Phys. Chem. Chem. Phys. 21, 17010 (2019)]。鉴于我们在此领域的重要贡献，申请人受邀撰写相关综述论文[J. Mater. Chem. A, 7, 4291(2019)]。

图2. (a) Se空位促使InSe氧化机制；(b) 光和表面Se空缺协同引起发GaSe快速降解机制；(c) 1T相MX₂氧化; (d) 二维材料的环境不稳定性。