MXenes的崛起

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过去的15年中，自从发现了单层石墨烯独特的物理性质，层状二维（2D）材料得到了广泛深入地研究。科研工作者们不仅对已知的一些二维材料（例如金属硫化物和氮化硼）进行了更深层次的研究，还发现了许多新颖的二维材料。尽管其中许多二维材料仍然处于理论研究阶段，但其独特的性质和发展潜力吸引着众多研究者的研究兴趣。最具代表性的就是是过渡金属的碳化物和氮化物，也就是我们所谓的MXenes材料，是一种迅猛发展的2D材料体系。在MXene的二维纳米结构中，n+1（n=1-3）层为过渡金属M，与n层碳或氮X交错排列，通式为M_n+1X_nT_x。分子式中的T_x表示键合到M原子层表面的官能团，例如-O，-OH，-F和/或-Cl。

MXene具有独特的综合性能，包括过渡金属碳化物/氮化物的高电导率和力学稳定性；对MXene表面进行功能化处理，可以使MXene具有更高的亲水性，进而促进与各种物质复合；较高的负电势，可在水性环境中形成稳定的胶体溶液以及对电磁波的有效吸收等众多应用。MXene材料的应用在图2中由饼图的形式概括。第二个环表示在各个应用领域中第一篇论文发表的年份。储能是探索MXene应用的开山之石，一直到现在仍然是MXene材料研究的重点。MXene在生物医学研究领域的应用虽然只有2年的历史，但已成为癌症的光热疗法，治疗诊断，热力学，生物传感器，透析和神经电极等研究课题中的热点。MXene在电磁应用中也扮演着重要角色。其中包括电磁干扰屏蔽和可印刷天线。在其他领域，包括电子和结构应用，大多数已发表的研究成果都是理论性的，只有相对较少的实验性论文，并且许多预测的特性，例如铁磁性或拓扑绝缘体，还没有通过实验进行验证。

迄今为止，超过70％的MXene研究论文都集中在最典型的MXene Ti₃C₂T_x上。对MXene的探索如此广泛，以至于对于许多研究人员而言，在未特殊说明的情况下，MXene已成为Ti₃C₂T_x的代名词。至少100种化学计算及实验证明的具有独特复合性能的MXene复合物和无数种固溶体，实验人员可以通过改变M或X元素的比例来调节它们的组成成分。数量庞大尚未探索的MXene体系材料因独特的组成与结构为不同领域的应用打开了新世界的大门，我们相信，我们目前仍处于MXene研究的开端，许多令人振奋的发现会随着我们研究深入而陆续到来。

文献链接：

DOI: 10.1021/acsnano.9b06394

消息源：微信公众号 MXene Frontier