二维层状金属碘化物的制备及光电磁器件的应用进展

潘宝俊,张礼杰，王佩剑

(1.浙江大学杭州国际科创中心,杭州 311200;2.温州大学化学与材料工程学院，浙江省碳材料技术研究重点实验室，温州 325027)

0 引 言

自石墨烯被发现[1]后，二维材料的版图在元素周期表中不断拓展，出现了二维过渡金属碳氮化合物(2D-MXenes)[2]、二维过渡金属硫族化合物(2D-transition metal dichalcogenides, TMDs)[3-5]、二维层状金属卤族化合物(2D metal halides)等。近期二维材料研究的热潮使一类层状化合物重新回到人们的视线中，那就是二维层状金属碘化物(2D Metal Iodides)。二维层状金属碘化物的金属一般是相对原子序数较大的金属元素，如：主族金属元素的Pb、Bi、Sn等，过渡金属元素的Cd、Rh等。

早在1971年， Willig等[6]发现PbI2能在较宽温度范围内(-200～+130 ℃)探测γ射线。自此，人们陆续发现可用于制备高能射线探测器的金属碘化物材料，如：HgI2[7]、BiI2[8]等，并已证明相关金属碘化物为层状结构。材料在维度的减少后会出现与体相截然不同的物理现象。石墨烯和过渡金属硫族化物等引发二维材料研究的热潮后，厚度减薄的碘化物也引起了研究者强烈的研究兴趣。一些早期的探索包括：Wang等[9]利用空间限域物理气相沉积(physical vapor deposition, PVD)法在200～250 ℃的温度范围内合成均匀分布的二维PbI2；Li等[10]利用物理气相沉积在305～325 ℃内合成二维BiI3。人们发现，二维金属碘化物熔点较低，制备简单，制备温度(低于400 ℃[11])与现有的半导体工艺兼容，而石墨烯和过渡金属硫族化合物如WS2和MoS2的生长温度往往较高 (700～1 000 ℃)[12]。

由于二维材料空间限域的特点，层状金属碘化物在二维尺度上可能出现奇异的物理性质，由此科研人员对其展开相关物理性质的研究，如：PbI2的高光响应度和高光灵敏度[13]，回音壁模式(whispering gallery mode, WGM)激发[14]。在光电特性方面，二维层状金属碘化物有别于其他二维半导体材料。例如，二维层状金属碘化物(如PbI2)的能带间隙随层数的增加，由单层的间接带隙，转变为多层的直接带隙[15]，和二维MoS2正好相反。因此，可利用多层的金属碘化物作光电器件。单层MoS2的光响应度Rλ=0.008 4 A/W，λ=532 nm[16]；73层MoS2的光响应度Rλ=50.7 mA/W，λ=445 nm[17]；而据报道12层PbI2纳米片的光响应度Rλ=147.6 A/W，λ=450 nm[18]，这是由于多层相较于单层，光透过层数变多，吸收率更高，而PbI2又不像MoS2那样变为间接带隙，有利于提高光电器件的光吸收转换效率。另外，金属碘化物的平均原子序数大，并具有合适能带间隙(如：单层PbI2能带间隙为～2.63 eV[19]，比单层MoS2的～1.8 eV[20]大)，是高能射线探测器的良好材料。在磁学方面，石墨烯、常见的过渡金属硫族化合物如MoS2、WS2等不具有磁性，而金属碘化物的磁性代表CrI3的磁学特性可通过层数变化调控。其中，单层、三层CrI3为铁磁性，双层CrI3为反铁磁性[21]，而且双层CrI3的磁学特性可通过电场进行可逆调控[22]，是一种优异的磁学材料。二维层状金属碘化物的熔点低，制备条件相对温和，能原位观察范德瓦耳斯异质结的生长过程，有利于层状材料生长机理的探索，指导层状范德瓦耳斯异质结的制备[23]，提供材料生长动力学方面的基础知识。

随着新能源、人工智能的发展，人们发现二维金属碘化物和新能源、人工智能都有联系。在新能源方面，层状金属碘化物是组成钙钛矿无机成分的代表之一，因此，研究层状金属碘化物的光电性能对钙钛矿光电转换的研究有一定指导作用[24]。在人工智能和神经形态器件方面，层状金属碘化物的碘空位有利于导电细丝(conductive filament)形成，用于阻变开关[25]，并应用于可变电阻式随机存储器(resistive ramdom access memory, RRAM)。

综上所述，二维层状金属碘化物是一种很有前景的新型材料，本文主要介绍二维层状金属碘化物的结构、性质、制备方法及其在光电磁方面的应用，分析所面临的挑战，并对发展趋势进行展望。

1 层状金属碘化物的结构、性质

图1 不同相PbI2的晶体结构，所属空间Fig.1 Crystal structure of different phases of PbI2, space group[26]: (a), (b) Pnma； (d) I4/mmm； (e) Immm; (f) C2/c

表1 部分层状金属碘化物的能带间隙、晶型(常温)、熔点Table 1 Band gap, crystal type (room temperature) and melting point of some layered metal iodides

人们也研究了二维层状金属碘化物在不同大气氛围内的稳定性，探究材料有效稳定保存的方式。Wagner等[43]分别在动态的真空环境、潮湿的空气、干燥惰性气体或氧气氛围下，研究单晶BiI3的变化过程。其中，BiI3在动态真空环境下放置几个月后，会由BiI3片转变为BiI晶须；而BiI3在潮湿空气中放置几个小时后，BiI3的表面会水解变成粗糙的BiOI，而水解只局限于BiI3表面，不会使整体水解；在干燥惰性气氛或氧气氛围下， BiI3保存完好。Shcherbakov等[44]发现在大气环境下，光照能催化CrI3分解。在光照的干燥氧气氛围(<1×10-4水汽)下，CrI3能稳定保存15 h以上。说明在适当光照和干燥环境下，能在手套箱外处理CrI3器件。另外，利用hBN封装CrI3，构筑hBN-CrI3-hBN“三明治”结构能明显抑制CrI3分解，在大气氛围下能稳定保存10 d以上。

另外，部分二维层状碘化物还具有磁性。CrI3作为磁性二维层状金属碘化物的代表之一，其磁学与层数有关，单层CrI3为铁磁性，双层CrI3为反铁磁性，三层CrI3为铁磁性[21]，而且单斜晶系的双层CrI3在电场调控下，可实现反铁磁性和铁磁性的可逆转变[22]。VI3也是二维层状金属碘化物的磁性材料代表之一。通过第一性原理计算预测，单层VI3为铁磁性的半导体，而且在拉伸状态下，单层VI3铁磁性没有大的变化[45]。而双层VI3为铁磁性的半金属[46]。

2 二维层状金属碘化物的制备

到目前为止，二维层状金属碘化物的制备方法可归纳为两种。一种是“自上而下”(top-down)的制备方法，通过机械力等方式打破层状材料层与层间弱的范德瓦耳斯力，得到目标层数的二维材料，如：机械剥离法、超声剥离法等。另外一种是“自下而上”(bottom-up)的合成方法[47-48]，通过物理方法或化学反应在特定衬底上制备目标层数的二维材料，如：分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)、原子力沉积(atomic layer deposition, ALD)、物理气相沉积、溶液辅助法等。制备的最终目标是实现大规模可控合成[49]。

2.1 机械剥离法

机械剥离法是通过胶带对层状材料进行“粘黏-撕开”的反复操作，达到材料层数减薄的目的(见图2(a))。自用胶带机械剥离出石墨烯后[1]，机械剥离法被广泛应用于二维材料制备，从而研究本征二维材料的光、电、磁性质。如图2(b)所示，Cong等[50]通过机械剥离PbI2，研究PbI2的反斯托克斯荧光，观测到4H相和2H相PbI2强的反斯托克斯荧光并提出声子辅助和多光子吸收上转换机理。

图2 (a)机械剥离示意图；(b)机械剥离所得的PbI2薄片的光学图片及斯托克斯和反斯托克斯PL光谱[50]Fig.2 (a) Schematic diagram of mechanical exfoliation; (b) optical pictures and Stokes and anti-Stokes PL spectra of PbI2 flakes obtained by mechanical exfoliation[50]

又如Gish等[51]用胶带机械剥离CrI3，并使用苝四甲酸二酐(Perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA)用作非共价有机缓冲层覆盖于CrI3上，沉积氧化铝保护层。在结合了机械剥离方法和保护层方法后，即使6个月后CrI3晶体质量仍保持如初。

机械剥离法适合应用于二维层状金属碘化物的本征性能研究，尤其对于在大气环境和光照条件下不稳定从而难以通过化学合成方法制备的二维碘化物如CrI3。然而机械剥离法很难控制所得二维层状金属碘化物的形状和层数，随机性大，生产效率低，而且在被转移材料表面容易残留胶带附带的有机物。

2.2 超声液相剥离

超声液相剥离法是通过超声手段促使离子、溶剂等颗粒插层到层状材料中，剥离层状材料。由于层状金属碘化物能溶于水，因此超声液相剥离法使用的溶剂一般为有机溶剂。如图3所示，Fan等[52]使用环戊酮作溶剂，在超声的作用下，剥离PbI2，得到高质量二维PbI2。另外，二维PbI2在环戊酮中的稳定性高，能被稳定保存超过30 d，在飞秒或纳秒可见光脉冲激发下，表现出优异的饱和吸收特性，有望在超快非线性饱和吸收领域得到应用。又如Wang等[53]利用超声液相剥离的BiI3用于催化苯基硼酸和芳基碘化物的碳-碳交叉偶联反应。

图3 超声液相剥离PbI2[52]Fig.3 Ultrasonic liquid phase exfoliating PbI2[52]

超声液相剥离法适合大规模制备二维层状金属碘化物，然而，由于一般的超声液相剥离法制得的材料形状、层数和尺寸分布均匀性差，在剥离过程大幅降低了材料的质量，限制了超声液相剥离法的应用。

2.3 分子束外延

分子束外延是在超高真空下，利用热蒸发等方式，蒸发并控制原子束或分子束通量，在目标衬底上外延薄膜的方法。如：Zhong课题组[54]通过分子束外延的方法，在石墨烯上制备不同层数的BiI3，并且层数可以通过分子束的通量进行有效调控。如图4(a)、(b)所示，Yuan等[33]利用分子束外延和通量控制，分别在六方石墨烯和正交晶系Td-WTe2的衬底上，首次制备单层六方相SnI2(图4(b)中的厚度显示为单层)。Li等[55]在金(111)面和石墨烯上，利用分子束外延制备单层CrI3，研究CrI3的铁磁超交换机理。

分子束外延法在超高真空下制备二维层状金属碘化物，得到的材料质量较高，可以通过调控源通量控制材料的层数。但是，它对仪器要求高、耗时长、成本高，适合应用于层数可控的高质量层状金属碘化物的制备。

2.4 原子层沉积

原子层沉积法是利用有机金属前驱体均匀附着于样品表面，接着引入另一种反应源与表面层材料反应或加热分解表面层材料，经过上述周期交替反应得到薄膜材料的方法(见图5(a))。如图5(b)， Popov等[56]在低于90 ℃的温度下利用Pb(btsa)2作铅源、SnI4作碘源，分别在硅衬底和氟掺杂氧化锡玻璃上制备PbI2。

图5 (a)原子层沉积示意图；(b)Pb(btsa)2 和 SnI4作前驱体，通过原子层沉积制备PbI2[56]Fig.5 (a) Schematic illustration for atomic layer deposition; (b) Pb(btsa)2 and SnI4 are used as precursors, and PbI2 is systhesised by atomic layer deposition[56]

原子层沉积是一种较新的制备方法，适合较低温度下二维层状金属碘化物的制备，且制备得到的材料厚度控制性好，甚至能在孔洞侧壁形成覆盖较好的致密性薄膜；但是所得材料晶体质量较低，一般是多晶。

2.5 溶液辅助法

溶液辅助法是利用层状金属碘化物能在相关溶剂中溶解的特性，通过溶剂气化，在衬底上结晶形成二维层状金属碘化物的方法。如图6(a)～(d)所示，Xiao等[57]通过抑制PbI2水溶液的蒸发速度，在SiO2/Si衬底上，制得表面高度波动小于3 nm的PbI2纳米片。如图6(e)所示，Huang等[58]分别在180 ℃的硅片、云母片、石英、蓝宝石、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)衬底上滴加PbI2水溶液，随着溶剂的挥发，在衬底上制得二维PbI2。

溶液辅助法适用的前提是材料在溶剂中有一定溶解度，方法简单，而所得二维材料一般为多层，层数调控性稍差。

图6 溶液辅助法。(a)通过抑制溶剂蒸发制备二维PbI2；(b)PbI2光学图；(c)、(d)PbI2原子力显微镜高度图[57]；(e)低温溶液合成二维PbI2的示意图[58]Fig.6 Solution-assisted method. (a) Preparation of two-dimensional PbI2 by suppressing solvent evaporation; (b) optical diagram of PbI2; (c), (d) AFM height image of PbI2[57]; (e) synthesis of two-dimensional PbI2 by low-temperature solution[58]

2.6 物理气相沉积

物理气相沉积法是利用高温等方式使材料汽化或升华，通过物理传输在目标衬底上沉积材料的方法。因为层状金属碘化物的熔点较低，物理气相沉积法尤其适合用于制备二维层状金属碘化物。如二维PbI2的制备：Zhang等[15]使用PbI2粉末作前驱体，在410 ℃下，通过无催化剂的物理气相沉积，制备不同层数的PbI2。

在二维层状金属碘化物中，物理气相沉积法除用于二维PbI2的制备外，还用于制备BiI3、CdI2等。其中，Wei等[59]在270 ℃和6 Pa条件下，蒸发BiI3粉末，在SiO2/Si衬底上，制备出厚度15～150 nm并垂直于衬底的BiI3片，并转移至PET衬底上，制备BiI3柔性光电器件。图7(a)所示，Qiao等[60]在大气环境下，利用加热板蒸发CdI2，分别在云母片、SiO2/Si衬底、石英衬底上制备二维CdI2。

在制备层状金属碘化物异质结方面，物理气相沉积法被广泛应用。如图7(b)所示，Zhang等[11]使用石墨烯/PET作衬底，在低于200 ℃的温度下，制备亚米级尺寸的柔性PbI2/石墨烯/PET卷。Li等[10]利用WSe2作衬底，在管式炉内利用热蒸发BiI3粉末，在WSe2上沉积BiI3，构筑WSe2/BiI3垂直异质结，该异质结表现出p-n二极管的整流效应和光伏效应。

由于层状金属碘化物层间以范德瓦耳斯力相互作用，熔点低，可原位观察层状金属碘化物物理气相沉积过程，研究范德瓦耳斯层状异质结的生长机理，提供范德瓦耳斯层状材料生长动力学方面的知识。如图7(c)所示，Zhang等[23]在显微镜下，分别观测PbI2、CdI2在WSe2、WS2、MoS2表面上的生长过程，揭示范德瓦耳斯异质结生长尺寸与生长时间的线性和亚线性生长模式及两种生长模式对应的晶体形貌。

Ghoshal等[61]利用物理气相沉积法，通过在云母片上控制PbI2晶畴取向制备高质量大面积PbI2薄膜，并揭示PbI2薄膜生长速率较快会降低薄膜晶体质量，而PbI2薄膜与衬底间的相互作用力弱有利于高质量晶体的制备，为大面积、高质量二维材料制备提供借鉴。

综合以上，表2分析对比了不同制备方法。其中，物理气相沉积法尤其适合应用于制备熔点较低的层状金属碘化物，所得的层状金属碘化物结晶性好、晶体质量高，对制备所用仪器要求不高，操作简单，有利于二维层状金属碘化物的大规模制备。

图7 物理气相沉积。(a)热板法合成二维CdI2[60]；(b)PdI2在石墨烯上的生长过程[11]；(c)热台上原位观察二维YI2/MX2异质结的组合生长[23]Fig.7 Physical vapor deposition. (a) Synthesis of two-dimensional CdI2 by hot plate method[60]; (b) PbI2 growth process on graphene[11]; (c) in-situ observation of the combined growth of two-dimensional YI2/MX2 heterostructures on a hot stage[23]

表2 二维金属碘化物的制备方法及对应的优缺点Table 2 Methods for the preparation of two-dimensional metal iodides and their corresponding advantages and disadvantages

3 二维层状金属碘化物的光电磁应用

3.1 电子学与光电子学

层状金属碘化物的平均原子序数大，具有合适能带间隙，对高能射线有高效阻挡作用，已广泛应用于制备X射线、γ射线探测器。如:Sun等[27]在柔性衬底PET、聚酰亚胺(polyimide, PI)、聚乙烯(polyethene, PE)上合成大面积PbI2薄膜，制备出低暗电流、高光电响应的柔性X射线探测器。如图8(a)所示为Sun等[65]在PI衬底上制备的PbI2X射线柔性探测器。

层状金属碘化物可用于制备高性能光电探测器，如：PbI2、BiI3、CdI2光电探测器。表3列举了部分层状金属碘化物及异质结光电探测器的性能参数,其中响应速度上升/下降时间为PbI2单晶(323 μs/520 μs，Vg=5 V)，响应度最高为PbI2/WS2异质结(7.1×104AW-1，Vg=-60 V)。如图8(b)所示为Wei等[59]在PET柔性衬底上制得的高探测度(1.2×1012Jones)的BiI3器件。如图8(c)、(d)所示为Qi等[66]在SiO2/Si衬底上构筑的p-PbI2/n-WS2垂直异质结光电探测器，由于异质结的光诱导栅控效应，有效抑制光激发电子-空穴对的复合，使探测器的响应度可达557 AW-1，而在-60 V栅压作用下，探测器的响应度高达7.1×104AW-1。另外，层状金属碘化物熔点低，制备条件温和，化学性质活泼，可利用化学方法将不稳定的层状金属碘化物转化为稳定的化合物。如：Jin等[67]利用NaS2溶液把PbI2纳米片的表面转化为零维PbS2纳米晶体，从而构筑零维/二维异质结，应用于快近红外探测器(响应时间为400 μs)。

图8 二维层状金属碘化物的应用。(a)X射线PbI2柔性探测器[65]；(b)BiI3柔性光电探测器[59];(c)PbI2/WS2光探测器构筑于SiO2/Si衬底上的示意图[66]；(d)在黑暗和激光波长450 nm的不同光功率密度照射下，测得PbI2/WS2光探测器的Ids-Vds曲线[66]；(e)PbI2碘空位构成的电阻细丝应用于电阻转换器[25]Fig.8 Application of two-dimensional layered metal iodides. (a) X-ray PbI2 flexible detector[65]; (b) BiI3 flexible photodetector[59]; (c) schematic device structure of PbI2/WS2 photodetector fabricated on SiO2/Si substrate[66]； (d) Ids-Vds curves of the fabricated PbI2/WS2 photodetector measured in dark and under various power densities(450 nm laser illumination)[66]； (e) resistance filament composed of PbI2 iodide vacancies is used in resistance switch[25]

表3 相关层状金属碘化物及异质结光电探测器的性能Table 3 Performance of layered metal iodide and heterojunction photodetectors

金属碘化物是有机-无机钙钛矿的重要前驱体之一，可用于转化为钙钛矿及后续应用。通过先制备二维PbI2，在化学气相沉积炉中通入甲基碘化胺(MAI)或甲酰胺碘(FAI)可以将PbI2转化为钙钛矿(MAPbI3或FAPbI3)[74-75]。如：Shahiduzzaman等[76]通过优化PbI2晶体膜质量，用MAI把PbI2晶体膜转化为高质量的MAPbI3钙钛矿，用于钙钛矿光伏电池。如图9所示，Sun等[77]通过PbI2和钙钛矿(MAPbI3或FAPbI3)之间的可逆转化，制备PbI2-钙钛矿横向异质结。

另外，层状金属碘化物在阻变存储器方面有潜在应用，如图8(e)所示，He等[25]证明PbI2的碘空位作用是电阻开关器导电细丝的重要机制。Li等[78]揭示BiI3的碘离子迁移导致铋原子价态的变化，有利于形成电阻开关器的金属铋导电丝。

图9 两步法合成过程以及PbI2和钙钛矿之间可逆转化的示意图。PbI2纳米片是在180 ℃的温度下通过滴注溶液的方法获得。90 ℃/95 ℃和130 ℃/150 ℃的温度分别是MAPbI3和FAPbI3纳米片生长/转换的CVD过程。晶体结构说明了化学反应过程中从PbI2(六方晶型)到MAPbI3(四方晶型)的相转变(图中A：MA或FA)[77]Fig.9 Schematic presentation of the two-step synthesis process and the reversible conversion between PbI2 and perovskite nanosheets. PbI2 nanosheets are obtained by a drop-casting solution method at a temperature of 180 ℃. Temperatures of 90 ℃/95 ℃ and 130 ℃/150 ℃ characterize the CVD process for the growth/transition of MAPbI3 and FAPbI3 nanosheets, respectively(in the figure A is MA or FA). The crystal structures illustrate the phase transition during the chemical reaction from PbI2 (hexagonal) to MAPbI3 (tetragonal)[77]

3.2 磁学与磁电子学

由于Mermin-Wagner定理，二维的磁性材料早期被认为是不可能存在的。然而2017年，美国华盛顿大学的Xu和麻省理工学院的Pablo等在二维层状金属碘化物CrI3上探测到了二维磁性[79]。

随着对层状金属碘化物磁电子学方面的深入研究，人们发现层状CrI3的磁相态与层数有强的关联，单层CrI3呈铁磁性(ferromagnetic, FM)，双层CrI3呈反铁磁性(antiferromagnetic, AF)[79]。Mak等[21]通过电场调控实现双层CrI3磁序的可逆转换，而Zou等[22]证明单斜晶系双层CrI3的AF-to-FM转变临界电场为1.2 V/nm。如图10(a)所示，在无电场作用下，单斜晶系双层CrI3为AF，当施加于双层CrI3的电场超过临界电场时，单斜晶系双层CrI3转变为FM。如图10(b)、(c)所示，Xu等[80]研究层间小扭转角的双层CrI3，发现FM基态与AF基态的共存，当临界扭转角度在约3°以上时，FM基态与AF基态的共存会转变为共线的FM基态，通过电学栅控制双层CrI3的AF-FM状态，有望在电学栅控高密度磁存储中得到应用。

如图10(d)、(f)为Cheng等[81]构筑的石墨烯-CrI3-石墨烯范德瓦耳斯异质结的旋光性探测器，揭示了不同磁化状态的CrI3表现出差异的旋光光响应行为。在高偏压下，单层和多层CrI3表现出异常的负光电流行为。作者提出在高偏压下，福勒-诺德海姆隧穿(Fowler-Nordheim tunneling)是导致石墨烯-CrI3-石墨烯范德瓦耳斯异质结负光电流行为的原因。在温度高于40 K后，旋光光响应现象消失。该研究揭示了CrI3磁性及其光电性质间的相互作用，为开发新型自旋光电器件提供了途径。

二维层状金属碘化物的磁学与磁电子学的研究仍处于起步阶段，而其作为优良的磁学材料平台，非常有希望在未来非挥发性存储器、自旋电子学、谷电子学领域得到应用。

图10 (a)单斜晶系双层CrI3在一定电场作用(无电场)下，表现为铁磁性(反铁磁性)的示意图[22]；(b)小扭转角双层CrI3的莫尔超晶格结构，R、M和AA分别表示菱形、单斜和AA堆积[80]；(c)在R和M堆叠区域之间形成的磁畴壁的示意图[80];(d)单层CrI3光螺旋探测器的示意图和(e)光学显微照片[81]；(f)不同磁场下的圆偏振激发光电流[81]Fig.10 (a) Schematic diagram of monoclinic bilayer CrI3 under a certain electric field (no electric field), showing ferromagnetic (antiferromagnetic)[22]； (b) Moiré superlattice structure of a small-twist-angle CrI3 bilayer, R, M and AA denote rhombohedral, monoclinic and AA stacking, respectively[80]; (c) schematic illustration of a magnetic domain wall formed between the R- and M-stacking regions[80]; schematic diagram (d) and optical micrograph (e) of a monolayer CrI3 light helicity detector[81]；(f) circularly excited photocurrents under various magnetic fields[81]

4 结语与展望

二维层状金属碘化物具有广阔的应用前景，是柔性光、电、磁器件研究和应用的良好材料平台，在高性能光电探测器、光伏器件、电场调控铁磁性转换、圆偏振光探测、忆阻器、类脑神经器件等方面具有极大的潜在应用价值，亟待研究者对其进行更深入的研究。

进一步的应用还面临几个问题，需要研究和解决：(1)生长机理不清晰，阻碍二维层状金属碘化物的大面积制备，尤其是单层金属碘化物的制备。反应过程是元素到衬底上再进行化学结合或是作为一个整体或者团簇到衬底上形成材料仍不清楚，还需要计算和模拟的参与。(2)转移是二维材料应用的重要步骤，而层状金属碘化物不稳定，容易吸潮、分解，不适合用湿法转移，而干法转移的可扩展性较差。可能需要结合干湿法转移的特点，开发新的高质量转移方法。(3)二维层状碘化物的量子和拓扑物理性质还没得到充分研究，例如强的自旋轨道耦合、量子性质、拓扑物性等。(4)在实际器件应用中，如何稳定保存二维层状金属碘化物而又不影响器件性能的问题亟待解决，而一些封装技术的利用应该是考虑的方向。

二维层状金属碘化物的研究尚处于起步期。随着新材料的不断发现、物理化学性质的不断挖掘、研究的不断深入，相信二维层状金属碘化物会成为二维材料家族的又一支重要力量，极大牵引二维材料的研究和实际应用的突破。