MXene是一種新型的二維材料，由幾個原子層厚度的過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物構(gòu)成。最初在2011年被報道，隨后引起了科研人員的廣泛興趣。就在4月22日在線發(fā)表的《Advanced Functional Materials》上同時出現(xiàn)了7篇與MXenes相關(guān)的文章，研究領(lǐng)域包含電池、超級電容器、光熱轉(zhuǎn)換和電磁屏蔽等。下面就跟隨小編的腳步，了解一下這種神奇的材料吧。
1. 大連化學(xué)物理所吳忠?guī)洝禔FM》：MXene基納米結(jié)構(gòu)用于高性能金屬離子電池的研究進(jìn)展與展望
MXenes是二維過渡金屬碳化物或碳氮化物的一大類，在晶體核內(nèi)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，表面具有豐富的官能團(tuán)（例如，-OH，-F，-O），金屬離子擴(kuò)散的低勢壘，離子插層的大層間空間，可以構(gòu)建具有顯著能量密度和功率密度的先進(jìn)MXene基納米結(jié)構(gòu)用于不同類型的金屬離子電池（MIB）。大連化學(xué)物理所吳忠?guī)浹芯繂T綜述了近年來從鋰離子電池到非鋰（Na+，K+，Mg2+，Zn2+，Ca2+）離子電池中MXene基納米結(jié)構(gòu)用于高性能MIBs的研究進(jìn)展，重點介紹了MXene作為活性材料、導(dǎo)電基底甚至集流體的獨特作用。此外，還詳細(xì)闡述了不同維度（0D、1D和2D）活性材料MXene基雜化材料的負(fù)載模型、封裝模型和三明治模型，并以不同MIBs為例詳細(xì)說明了每種結(jié)構(gòu)模型，特別強調(diào)了MXene與活性材料之間的協(xié)同效應(yīng)和強相互作用界面材料。最后，簡要討論了MXene基納米結(jié)構(gòu)在MIBs方面存在的挑戰(zhàn)和前景。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000706
2. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳雙明/宋禮《AFM》：通過表面控制和層間工程調(diào)控2D MXenes：方法、性能和同步輻射特性
MXenes是一種層狀過渡金屬碳化物/氮化物，在儲能/轉(zhuǎn)化、光催化/電催化等領(lǐng)域已受到廣泛關(guān)注。事實上，MXenes的本征性質(zhì)可以通過控制表面終止?fàn)顟B(tài)和層間距來實現(xiàn)高度可調(diào)。此外，同步輻射X射線表征顯示了探索MXenes性質(zhì)與結(jié)構(gòu)之間因果關(guān)系的巨大潛力。特別是，操作X射線測量可以為更好地理解MXene基能源材料的動態(tài)過程提供有用的見解。本文綜述了近年來MXenes的表面控制、層間工程和同步輻射表征等方面的研究進(jìn)展。討論了MXenes的發(fā)展前景和先進(jìn)X射線表征技術(shù)的應(yīng)用。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000869
3. 美國德雷塞爾大學(xué)Yury Gogotsi等《AFM》：大層間距柔性Nb4C3Tx薄膜用于高性能超級電容器
很少研究由413MAX相衍生的MXenes，但由于較厚的單層（四層過渡金屬和三層碳或氮），它們有可能具有優(yōu)異的電和機械性能。美國德雷塞爾大學(xué)Yury Gogotsi、吉林大學(xué)Yu Gao和英國倫敦大學(xué)學(xué)院Yohan Dall’Agnese對Nb4C3Tx-MXene納米片進(jìn)行了分層，得到了層間距為1.77nm的獨立膜，其厚度大于以往大多數(shù)MXene納米片。當(dāng)將Nb4C3Tx獨立薄膜作為超級電容器電極進(jìn)行測試時，Nb4C3Tx在1 M H2SO4、1?M?KOH和1 M MgSO4中顯示出高容量電容，分別為1075、687和506?F cm-3，掃描速率為5 mV s-1。采用原位X射線衍射技術(shù)研究了電化學(xué)充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化。在循環(huán)過程中，21?層間距幾乎沒有變化，因為MXene層之間的空間足以容納陽離子的插入和脫插入。這將導(dǎo)致Nb4C3Tx-MXene儲能裝置性能穩(wěn)定。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000815
4. 北京化工大學(xué)徐斌《AFM》：原位冰模板法制備三維柔性MXene薄膜電極用于高性能超級電容器
MXenes具有金屬導(dǎo)電性、高準(zhǔn)電容性和二維結(jié)構(gòu)，是一種很有前途的超級電容器柔性電極材料，但存在著阻隔問題，阻礙了離子的可及性，導(dǎo)致離子動力學(xué)遲滯。北京化工大學(xué)徐斌教授提出了一種簡單的原位冰模板法，通過冷凍干燥Ti3C2Tx基水基薄膜，無需任何后處理，即可制備出獨立的柔性三維多孔Ti3C2Tx/碳納米管薄膜（3D-PMCF）。在冷凍干燥過程中，Ti3C2Tx夾層中殘留的水分子原位轉(zhuǎn)化小冰晶，作為自我犧牲的模板構(gòu)建三維多孔網(wǎng)絡(luò)。在水膜中引入的碳納米管增加了層間水的含量和由此產(chǎn)生的孔隙率。Ti3C2Tx的三維結(jié)構(gòu)在保持良好柔韌性的同時，顯著增加了表面活性位，加速了離子遷移。因此，柔性3D-PMCF薄膜在5??mV s-1時提供375?F g-1的電容，在1000?mV s-1時保持251.2?F g-1的電容，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的密集堆積Ti3C2Tx薄膜。將其組裝成一個對稱的超級電容器，實現(xiàn)了23.9?Wh kg?1的卓越能量密度。該工作為超級電容器用高性能柔性3D-MXene薄膜電極的制備提供了一條簡單有效的途徑。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000922
5. 東南大學(xué)章煒/孫正明《AFM》：氮摻雜Ti3C2-MXene的機理研究及電化學(xué)分析
氮摻雜已被證明是改善2D-MXenes電化學(xué)性能的一種簡便的改性方法。然而，其基本機制，特別是氮摻雜的位置，及其對MXenes電學(xué)性質(zhì)的影響，在很大程度上還沒有被發(fā)現(xiàn)。東南大學(xué)章煒副研究員和孫正明教授通過理論模擬和實驗表征，對Ti3C2-MXene中氮的摻雜機理進(jìn)行了全面的研究。在Ti3C2Tx（T=F，OH，O）中發(fā)現(xiàn)了三個可能的氮摻雜點：晶格取代（碳）、功能取代（OH）和表面吸收（on -O）。電化學(xué)測試結(jié)果證實，這三種氮摻雜劑都有利于提高Ti3C2電極的比電容，并成功地識別了影響Ti3C2電極比電容的因素。通過揭示Ti3C2?MXene中氮的摻雜機理，為調(diào)節(jié)MXene材料的電化學(xué)性能提供了理論指導(dǎo)。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000852
6. 華南師范大學(xué)李來勝/王靜《AFM》：二維MXene納米材料光熱轉(zhuǎn)換的研究：合成、機理與應(yīng)用
自2011年發(fā)現(xiàn)以來，二維過渡金屬碳化物/氮化物（MXene）材料因其獨特的平面結(jié)構(gòu)、化學(xué)多樣性和優(yōu)越的物理化學(xué)特性而受到廣泛關(guān)注。近年來，MXenes由于其優(yōu)異的電磁波吸收能力和局域的表面等離子體共振效應(yīng)而顯示出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換特性。光熱轉(zhuǎn)換是利用太陽能的一種有效途徑，它可以將太陽能照明轉(zhuǎn)化為熱能，從而使MXenes應(yīng)用于太陽能蒸汽發(fā)電和生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。然而，到目前為止，MXenes的光致熱性能還沒有引起足夠的重視。華南師范大學(xué)李來勝和王靜綜述了近年來光熱型MXenes的研究進(jìn)展，對其光熱轉(zhuǎn)化機理和應(yīng)用作了較全面的了解。首先，簡要總結(jié)了MXenes及其納米復(fù)合材料的合成策略，并對其光熱轉(zhuǎn)化機理進(jìn)行了討論，最重要的是對其光熱應(yīng)用的最新進(jìn)展進(jìn)行了展望。通過精細(xì)的材料設(shè)計和跨學(xué)科的方法，2D-MXenes有望成為主流光熱材料之一，其應(yīng)用領(lǐng)域也將在不久的將來得到拓展。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202000712
7.韓國科學(xué)技術(shù)研究所Chong Min Koo《AFM》：2D-MXenes電磁屏蔽材料綜述
自2016年首次報道2D-Ti3C2Tx的電磁干擾（EMI）屏蔽以來，MXenes以其優(yōu)異的屏蔽性能、優(yōu)異的金屬導(dǎo)電性、低密度、大比表面積可調(diào)表面化學(xué)和溶液可加工性等優(yōu)點，在輕質(zhì)屏蔽材料中占據(jù)了領(lǐng)先地位。MXenes引發(fā)了材料研究界的極大興趣，導(dǎo)致在3年內(nèi)發(fā)表了100多篇關(guān)于MXenes電磁屏蔽的報道。為了進(jìn)一步提高M(jìn)Xenes的固有電磁屏蔽性能，人們探索了許多不同結(jié)構(gòu)形式的MXenes復(fù)合材料和雜化材料，如致密和層壓結(jié)構(gòu)、層層組裝、多孔泡沫和氣凝膠以及分離結(jié)構(gòu)。韓國科學(xué)技術(shù)研究所Chong Min Koo綜述了不同結(jié)構(gòu)形態(tài)MXene基EMI屏蔽材料的最新進(jìn)展，并對下一代屏蔽材料的發(fā)展方向和未來的挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。
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