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发展最快的二维材料——《Chinese Chemical Letters》推出MXene特刊!

文章来源:北科新材 浏览次数:30时间:2020-08-10 QQ学术交流群:1092348845

【背景介绍】


MXene是近年来发展起来的一种新型二维纳米材料,结构和成分的多样性、优异的导电性和丰富的表面化学活性,使得MXene成为二维材料家族中发展最快的一类,其应用已经拓展到电化学储能、生物医药、传感、吸附环保、电磁屏蔽、光电催化等诸多领域。目前从事MXene基础研究的科研人员遍布全球70多个国家,而中国是目前开展MXene研究最多的国家。第一届MXene储能材料国际研讨会于2019年5月在吉林大学举办,吸引了全球约200人参会。2019年5月北京化工大学举办的第二届国际MXene学术研讨会将议题扩展到MXenes研究的所有领域,吸引了来自14个国家和地区的450余人参会。


为了进一步推动MXene材料的发展、集中展示MXene材料领域研究的最新进展,北京化工大学徐斌教授美国德雷克塞尔大学Yury Gogotsi教授作为客座编辑为《Chinese Chemical Letters》组织了一期MXene特刊,于近日在该刊2020年第31卷第4期正式刊出。本期特刊包含7篇综述以及16篇高质量研究论文,涉及MXene的制备、表征以及MXene在二次电池、超级电容器、光催化、传感器、电磁屏蔽和医药等领域的应用。


徐斌教授和Yury Gogotsi教授为本特刊撰写了”MXenes – The fastest growing materials family in the two-dimensional world”的编者序,概述了MXene材料的最新研究进展,并对本专辑收录的论文进行了简要介绍。


接下来小编将为大家对本期特刊进行简要导读



【Reviews】


北京化工大学徐斌教授:MXene用于先进传感器


MXenes具有独特的表面化学性质、类金属的导电性,独特的二维形貌等特点,使其在传感器领域展现了良好的应用前景。北京化工大学徐斌教授团队总结了MXenes及其杂化材料作为先进传感器的传感材料的进展及应用。根据信号转换所涉及信号的不同,作者分电化学(生物)传感器,气体传感器和电化学发光/荧光传感器三个部分进行了讨论。简要总结了MXene在传感器制备中所展现的优点与局限性,并讨论了MXene在传感器中的应用前景。


图1. MXene在传感器领域的应用

河南师范大学杨宗献教授:MXene作为催化剂载体在一氧化碳氧化及ORR领域的应用


MXene具有高的比表面积,可调节的电子结构和热稳定性,可以用作催化剂的载体材料。在本综述中,河南师范大学杨宗献教授团队讨论了MXene的制备和结构,并从实验和理论研究的角度,总结了MXene在CO催化氧化和氧还原反应方面的进展以及潜在应用,并对MXene在该领域面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。

图2. MXenes作为催化剂载体示意图

上硅所陈雨教授&冯炜副研究员:MXene在纳米医药领域中的化学性质


MXenes在生物医药领域的研究于近年逐渐兴起,虽处于起步阶段,但毋庸置疑的是MXenes在这一领域具有相当广阔的研究与应用前景。中科院上海硅酸盐研究所陈雨教授与冯炜副研究员简要总结了二维MXenes的最新研究进展,强调了在分子筛纳米药物应用中的化学性质,重点介绍了MXenes的合成化学、用于表面工程的表面化学、用于分子筛应用的理化性质以及用于生物安全性评估的生物化学。此外,基于MXenes在生物医学领域的研究进展,作者还讨论了其潜在的研究方向,关键挑战以及生物医学的未来发展。

图3. MXenes在生物医药研究中的应用

西北大学郭晓辉教授:MXenes (Ti3C2Tx)衍生二维杂化材料在能源存储与转换中的应用


MXene衍生的二维杂化纳米材料由于具有独特的协同特性,例如高热稳定性,出色的电导率,高表面积和优异的电和光化学特性在能源存储和转换领域得到了广泛关注。西北大学郭晓辉教授重点介绍了MXenes (Ti3C2Tx)衍生的二维杂化纳米材料在可再生能源的转换和存储等方面的应用,包括HER,超级电容器,锂离子电池和光催化。 最后,作者总结了MXenes (Ti3C2Tx)衍生的新型二维杂化纳米材料在未来可持续能源技术中的前景和机遇。

图4. MXene衍生杂化材料及其应用

青岛大学许元红教授:MXenes在电化学NRR中的应用


电化学还原N2(NRR)不仅可以在温和的条件下利用水中的质子作为氢的来源,而且还可由可再生电能驱动,因此受到了研究者的浓厚兴趣。目前,NRR面临的主要挑战是寻找高效的电催化剂。 MXene是一类新型的2D过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物,在电催化领域受到了广泛的关注。由于MXene具有出色的催化活性,MXene在电催化NRR中已取得了显著的进展。因此,来自青岛大学的许元红教授团队对用于电化学NRR的MXene基催化剂的最新进展进行了简要综述,同时对于MXene的制备和表面改性进行了总结,为用于NRR的高效MXene基催化剂的制备提供了指导。此外,作者总结了该领域当前研究的不足和挑战,并展望了未来的研究方向。

图5. MXenes电化学固氮示意图

河南大学周艳梅教授:基于插层MXenes的层状复合材料的制备与应用


MXene具有高导电性、亲水性和优异的电化学性能,因此受到研究者越来越多的关注。但是,范德华力造成的片层堆叠现象限制了MXenes的实际应用。对MXene进行插层可获得具有开放结构的MXene基层状复合材料(IMLC),进而有效改善其物理和化学性能。近日,河南大学周艳梅教授团队综述了IMLC的制备方法和应用,讨论了IMLC在储能、催化,传感器,电磁屏蔽和生物医学领域的应用优势,并对其今后发展前景做了评述。

图6. 基于插层MXenes的层状复合材料的制备与应用

中科大宋礼教授&陈双明副研究员:MXenes的阳离子插层工程与X射线吸收谱表征


基于MXenes的结构调节与改性是MXenes研究的一个重要分支领域。值得注意的是,阳离子插层可以增大MXene的层间距,从而调节MXene的物理和化学性质,而同步辐射X射线表征在探索阳离子嵌入MXene的性质和结构方面表现出了重要应用价值。基于此,中科大宋礼教授和陈双明副研究员团队对于通过不同方法实现阳离子插层的MXene在储能器件中的应用进行了综述,同时讨论了同步辐射X射线吸收光谱在研究离子插层MXene的局部配位和电子结构中的应用。

图7. 阳离子插层MXenes在储能领域的应用及其X射线吸收光谱表征


【Research Articles】


前面介绍了本期MXenes特刊中,MXenes在不同领域的研究进展。除以上综述文章外,本期特刊也报道了MXenes的相关研究工作,涉及MXene的制备,以及MXene在催化、传感器、废水处理、超级电容器、锂离子电池、锂空气电池和电磁屏蔽等方面的应用。具体内容限于篇幅不能一一列出,有兴趣的老师和同学可登陆本期论文官网进行了解(https://www.sciencedirect.com/journal/chinese-chemical-letters/vol/31/issue/4)。


【参考文献】


1. Bin Xu, Yury Gogotsi. MXenes-The fastest growing materials family in the two-dimentional world. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 919-921.


2. Razium Ali Soomro, Sana Jawaid, Qizhen Zhu, Zaheer Abbas, Bin Xu. A mini-review on MXenes as versatile substrate for advanced sensors. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 922-930.


3. Yiying Zhang, Xilin Zhang, Cheng Cheng, Zongxian Yang. Recent progress of MXenes as the support of catalysts for the CO oxidation and oxygen reduction reaction. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 931-936


4. Yuemei Wang, Wei Feng, Yu Chen. Chemistry of two-dimensional MXene nanosheets in theranostic nanomedicine. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 937-946.


5. Sen Zhao, Ravi Nivetha, Yu Qiu, Xiaohui Guo. Two-dimensional hybrid nanomaterials derived from MXenes (Ti3C2Tx) as advanced energy storage and conversion applications. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 947-952.


6. Jie Sun, Wenhan Kong, Zhaoyong Jin, Yaqian Han, Liangyu Ma, Xiaoteng Ding, Yusheng Niu, Yuanhong Xu. Recent advances of MXene as promising catalysts for electrochemical nitrogen reduction reaction. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 953-960.


7. Shumeng Wu, He Wang, Li Li, Meixia Guo, Zhichong Qi, Qingyou Zhang, Yanmei Zhou. Intercalated MXene-based layered composites: Preparation andapplication. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 961-968.


8. Changda Wang, Shiqiang Wei, Pengjun Zhang, Kefu Zhu, Pin Song, Shuangming Chen, Li Song. Cation-intercalated engineering and X-ray absorption spectroscopic characterizations of two dimensional MXene. Chin. Chem. Lett. 2020, 31: 969-979.


文章来源:


https://www.sciencedirect.com/journal/chinese-chemical-letters/vol/31/issue/4

信息来源: DT新材料


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