Yury Gogotsi团队:MXene合成和开发的十年进展

一、文章概述

自2011年被发现以来，二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)的数量稳步增加。目前有40多种锰成分。最终的数量要大得多，随着时间的推移，它们可能会发展成为已知的最大的二维材料家族。MXenes的独特特性，如其类似金属的电导率达到≈20 000 S·cm⁻¹，使它们在许多应用中非常有用，包括储能、光电、生物医学、通信和环境。MXene论文和专利数量迅速增长。第一个MXene生成是利用氢氟酸对MAX相金属层、层状过渡金属碳化物和碳化物进行选择性蚀刻合成的。从那时起，开发了多种合成方法，包括在氟化物盐和各种酸、非水蚀刻剂、卤素和熔融盐的混合物中选择性蚀刻，允许合成新的二烯，更好地控制其表面化学。文章简要介绍了MXene研究前10年的历史概况，并对其合成和未来的发展进行了展望。事实上，它们的生产在水环境中易于扩展，且高产量是它们商业化的好兆头。

二、图文导读

图1.典型的MXene结构和组成。

MXenes有一个Mn+1XnTx的公式，其中M是一个早期的过渡金属，X是C或N，Tx代表表面末端。n的值可以从1到4不等。M位点可以被一个、两个或多个过渡金属原子占据，形成固体溶液或有序结构。有序的双过渡金属MXenes作为平面内的有序结构(i-MXenes)存在，例如，(Mo2/3Y1/3)2CTx、平面内空位结构，如Mo2/3CTx和平面外有序结构（o-MXenes），其中一层或两层MII过渡金属夹在MI过渡金属层之间，如Cr2TiC2Tx或Mo2Ti2C3Tx。

图2.MXenes领域研究进展的时间顺序介绍。

(a)中的插图为Ti3C2Tx MXene发现的文章数量，(b)中的插图为该领域第一次全面审查的数量。(c)MXenes研究前10年的主要合成和加工突破列表，该十年发现的新MXene核心成分(为简单起见，化学公式中省略了表面终止缩略为Tx)，以及表面终止控制的进展。固体溶液δMXene；非MAX相前体的MXene；平面外有序双过渡金属MXene；平面内有序双过渡金属MAX相类似物的¤MXene；*自底而上方法产生的二维碳化物和氮化物；碳化物MXene合成后处理产生的ε氮化物MXene；□空位和^混合终端。

三、全文总结

MXenes的独特特性、它们在广泛应用中的良好性能以及它们可扩展的合成使它们对研究和技术开发具有吸引力，从过去几年出现的大量论文和专利可以清楚地看出。MXenes组成有无数可能的组成，这些材料的数量将继续增长，MXenes可能成为最大的二维材料家族。用氮取代碳改变了MXene的电子结构，从而改变了其性质。到目前为止，用X=B(MBenes)生产MXenes的尝试效果有限。其他经过计算预测的二维碳化物、氮化物和硼化物仍在等待合成，应努力合成这些材料。不断发展不同合成的方法对于实现新的MXene组成和产生控制均匀表面终止具有重要意义。

本信息源自互联网仅供学术交流 ，如有侵权请联系我们立即删除。