信息时代的发展使得电阻式随机存取存储器（RRAM）成为一种关键的纳米级忆阻器器件（MD）。然而，由于导电丝(CF)形成的区域的随机性，RRAM MD仍然存在可靠性不足的问题。本研究首次提出Ag/ZrO2/WS2/Pt结构的忆阻器，在MD中插入一层二维（2D）WS2纳米片，形成二维材料和氧化物双层MD（ 2DOMD）来提高单层设备的可靠性。结果表明，电化学金属化存储单元表现出高度稳定的忆阻开关和集中的开态和关态电压分布、高速（~10 ns）和稳健的耐久性（>109 个循环）。该结果优于具有单层 ZrO2 或 WS2 膜的 MDs，因为两层具有不同的离子传输速率，从而将 CFs 的破裂/再生限制在双层界面区域，这可以大大降低 MDs 中 CFs 的随机性。此外，我们使用手写识别数据集（即修改后的国家标准与技术研究院 (MNIST) 数据库）进行神经形态模拟。此外，还成功实现了生物突触功能和可塑性，包括尖峰时间依赖性可塑性和配对脉冲促进。通过将二维材料和氧化物结合到双层 MD 中，可以显着增强 RRAM MD 的实际应用，以促进未来用于大脑增强计算系统的人工突触的开发。