新型MXene复合吸波材料研究进展

MXene材料作为一种新型的二维材料,以其优良的介电性能和新颖的层状结构,广泛应用在电容器、半导体、储能材料等诸多领域中。由于MXene材料特殊的层状结构和介电性能,使其具有了成为复合吸波材料的潜质,但是MXene材料在吸波领域的研究较少。研究中大多数MXene材料只具有介电性能,只能以介电损耗方式吸收电磁波,导致其吸波频带窄、吸波效能低。本文总结了MXene材料的基本性质,吸波材料的设计原理,新型材料MXene的各类刻蚀制备方法,以及在吸波材料方面的应用,并指出了MXene材料在吸波材料方面的设计思路。最后展望了新型MXene复合吸波材料的发展趋势。     

MXene的改性及其在功能涂层中的应用

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物和/或氮化物，可通过氢氟酸、氟化锂和盐酸或无机氟化物等刻蚀前驱体MAX相中的活泼金属元素而得到。MXene具有高比表面积、高电导率以及优异的光学、电学及力学等特性。将其引入涂层中，可以赋予涂层光热转换、导电、增强、阻燃、抗菌等性能，从而拓展其在传感器、特种防护等领域中的应用。本文首先综述了MXene的制备方法，包括氢氟酸刻蚀法、改性酸刻蚀法、熔融氟盐刻蚀法、无氟刻蚀法等，并探讨了剥离作用对MXene的影响。然后详细介绍了三种提升MXene表面反应性、电学性能、稳定性的改性方法，即插层改性、掺杂改性和防氧化改性，总结了其在传感器、电磁屏蔽、光热以及其他功能涂层中的应用。最后，从MXene的功能性应用方面展望了其未来的研究方向和发展前景。     

新型二维材料MXene吸附重金属的研究进展

近年来,新型纳米材料MXene因独特的形态及化学结构受到了广泛关注。MXene是一个二维过渡金属碳化物和氮化物的家族,通常由刻蚀前驱体MAX层状金属陶瓷相合成。通过刻蚀较弱的A原子将MAX上下两层抽出,即可得到层状的MXene材料。该类材料具有类石墨烯二维层状结构、较大的比表面积、良好的亲水性能、优异的稳定性和导电性,...     

新型低维材料MXene的研究进展

MXene材料是一种基于过渡金属碳化物的低维材料,近年来对该材料的研究逐渐升温。MXene材料可用于重金属离子的吸附。由于MXene是由MAX相刻蚀而成,因此,它也有着很强的金属导电性和极高的导热率,本质上更像"导电性黏土"。不仅如此,在储能领域,也是一支潜力股,在"超级电容器"领域有望一展身手。MXene的潜能不仅局限于电能领域,还涉及到环境领域,可在环境条件人为操作下可逆储氢,并且由于其高灵敏性和高选择性,也可作为气体分子的传感器。     

Ti3C2对环氧树脂形状记忆效应和自修复性能的影响

利用盐酸和氟化锂刻蚀钛碳化铝（ MAX）、四甲基氢氧化胺插层的方法制备了二维过渡金属碳化物 Ti₃C₂,（MXene）并制备了 MXene/环氧复合材料。研究了刻蚀温度对 MXene刻蚀、分层效果及性能的影响,以及 MXene对环氧树脂涂层的形状记忆效应和自修复性能的影响。结果表明：刻蚀温度为 50 ℃时制备的 MXene呈二维薄片层结构,具有最优的近红外吸收性能和光热转换性能。随着 MXene含量的增加,复合材料的形状记忆效应和自修复率增加,当 MXene含量为 7%时,近红外光照射下的自修复率可达 98%。电化学阻抗谱测试结果表明, MXene的添加可提高环氧树脂涂层的自修复性能和防腐性能,低频阻抗模值比纯环氧树脂涂层高 1~2个数量级。     

MXene与高分子材料复合的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,有类似石墨烯的二维结构.MXene除了具备传统二维材料的性能外,还兼具良好的导电性、亲水性、透光性、柔韧性以及能量储存性能,因此在复合材料领域有很大的前景.综述了MXene与高分子复合材料的制备方法、应用和展望,并对现有挑战和未来发展提出了建议.     

三元碳化物Mo2Ga2C及其二维衍生物的研究进展

Mo2Ga2C是双A层MAX相的第一个成员.2015年被制备出来之后,很多科学家从理论与实验方面研究这种新型层状材料的制备、结构与性能.随后,科学家发现可以通过剥离Mo2Ga2C,制备新型二维材料Mo2C MXene.这种含钼元素的新型二维材料在热电材料、能量存储等领域具有良好的性能.本文综述了近几年国内外科学家对于这种新型三元碳化物的研究成果.通过分析文献中的理论计算和实验结果,介绍了Mo2Ga2C的制备方法、微观结构、性能以及剥离Mo2Ga2C制备二维材料Mo2C MXene的反应过程.最后总结了Mo2Ga2C碳化物与Mo2C MXene二维材料的性能以及在不同领域中的应用.     

MXene在电储能领域的研究进展

近年来，过渡金属碳或氮化物MXene一经问世，就引起广泛研究。因其具有独特的物理化学性质，MXene及其复合材料在储能、催化、传感、电磁屏蔽领域存在潜在价值。MXene在锂离子电池、钠离子电池等二次电池和超级电容器的应用中表现出优越的电化学性能，有广阔的应用前景。文中列举了目前广泛使用的磷酸铁锂电池的工作原理。综述了MXene及其复合材料在电储能领域的研究进展，对MXene材料及MXene基复合材料在电储能领域的研究做出展望。     

面向水处理应用的二维MXene膜研究进展

MXene纳米片材料因其二维结构特性和丰富的表面基团而受到广泛关注。MXene纳米片组装成的二维层状膜,通过尺寸筛分效应和静电相互作用可实现溶液中小分子和离子等分离,在水处理领域有着巨大的应用潜力。然而,二维层状MXene膜仍然面临着严峻的挑战,如低稳定性、高内阻、水环境中易溶胀等,导致分离性能不理想。本文以层状MXene膜的分离机理为出发点,重点介绍了目前改善层状MXene膜分离性能的方法及研究进展,并对二维MXene膜水处理应用发展进行展望,期望对基于MXene膜的精密构筑和设计高性能分离膜提供有益参考。     

二维MXene材料在锂硫电池中的应用

抑制多硫化物穿梭是高容量锂硫电池研究的主要挑战。二维MXene材料具有高效吸附多硫化物的功能。从MXene理化性质、MXene优异的电化学性质及在锂硫电池中应用方面系统地介绍了二维MXene材料在锂硫电池中的研究进展。     

MXene/PDMS composite foam with regulatable cell structures for improved EMI shielding performance

The construction of conductive network and the design of material structure are the key points of polymer-based shielding materials. Herein, we reported a MXene/PDMS composite foam material with adjustable cell structure and high efficiency electromagnetic interference (EMI) shielding. Few-layered MXene is used as a conductive filler to construct three-dimensional conductive networks by in situ chemical etching. Meanwhile, a series of polystyrene microspheres with different sizes were prepared by applying suspension polymerization method as templates to introduce different cell sizes and densities for PDMS-based materials. The density and EMI shielding performance of composites can be improved by adjusting the cell structure. Compared with the unfoamed MXene/PDMS composites, the composite foam in this work not only reduces the material density greatly but also improves the microwave absorption performance with smaller cell size. This method provides a simple and effective guide for changing material density and absorbing mechanism by introducing cell structure into polymer-based materials in the future.     

MXene及其复合材料在吸波和导热领域的研究进展

介绍了吸波和导热相关机理,结合MXene独特的二维层状结构及其丰富可调的表面官能团,系统综述了国内外MXene及其复合材料在吸波和导热领域的研究成果,为后续设计开发吸波/导热一体化材料提供借鉴,最后指出了目前具备吸波和导热功能的MXene材料存在的问题和面临的挑战,并展望了未来的研究方向。     

Perforative pore formation on nanoplates for 2D porous MXene membranes via H2O2 mild etching

MXene (Ti₃C₂T_x) is a novel, two-dimensional (2D) layered material that is atomically thin, exhibits good mechanical strength, and is ideal for fabricating efficient membranes for molecular separation. However, the applications of MXene membranes are limited by their low water permeability owing to narrow channels and high tortuosity. A novel strategy for introducing artificial pores on the surface of MXene nanosheets via gentle in situ chemical etching with hydrogen peroxide (H₂O₂) to prepare porous MXene nanosheets (PMS) is reported herein. This greatly increases the water permeability of MXene membranes while retaining the high rejection of small-molecule dyes. Permeable pores generated on MXene nanosheets transform the transport model of water molecules in the membrane from typical horizontal transport pathways dominated by interlayer channels to longitudinal–lateral three-dimensional transport pathways, affording increased water molecule transport channels and reduced transport distance. Based on different etching conditions, the obtained membranes exhibit high pure-water permeability ranging from 9.37 to 42.48 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹. Moreover, mild etching maintains the 2D structure of the membrane and retains a nearly complete rejection of congo red dye. This study provides a novel and effective strategy for preparing high-performance porous laminar MXene membranes for dye-separation applications.     

氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶

二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性,是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯（GO）以及新型的过渡金属碳/氮化合物（MXenes）,分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质,综述了它们在固定化酶领域的应用研究,并进行了比较。文中指出：GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得,MXenes由其前体经刻蚀制得,不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多,包括羟基、羧基和环氧基,故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附,目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法,探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略,进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。     

Advancements in MXene-Polymer composites for various biomedical applications

2D materials have brought about significant technological advancements in the field of biomaterials. ‘MXene’, a ceramic-based 2D nanomaterial, is comprised of transition metal carbides, nitrides, and carbonitrides having a planar structure educed from a ceramic ‘MAX’ phase by etching out ‘A’ from it, has emerged to surpass drawbacks of conventional biomaterials. In spite of their substantial properties like large surface area, biocompatibility, hydrophilicity, metallic conductivity, and size tunability, the use of MXene is restricted in biomedical applications due of its poor stability in physiological environments, lack of sustained and controlled drug release, and low biodegradability, and these limitations lead to the notion of adopting MXene/Polymer nanocomposites. The availability of functional groups on the surface of MXenes enables polymer functionalization. These polymers functionalized MXene nanocomposites exhibit high photothermal conversion efficiency, selectivity, and stimuli-responsiveness towards malignant cells, electron sensitivity, higher antibacterial properties, and the like. This review emphasizes the innovative exemplars of polymer functionalized MXene composites for the burgeoning biomedical applications, which include controlled and sustained drug delivery, antibacterial activity, photothermal cancer therapy, unambiguous biosensing, contrast-enhanced diagnostic imaging, and bone regeneration.     

木质素碳纳米材料制备及在催化中的应用研究进展

木质素是自然界储量丰富的可再生资源,含碳量高且具有三维网状结构和大量共轭结构。碳材料是一类具有极大应用价值的催化材料,特别是在电催化、热催化和光催化领域。以木质素为原料制备高活性的木质素碳基催化剂是实现木质素高附加值利用有效的途径之一。木质素碳催化材料研究涉及化学、化工和物理等多个学科领域,制备性能优异和稳定性良好的木质素碳基催化剂仍充满挑战。本文主要总结了木质素碳材料的制备研究进展,以及介绍了木质素碳材料在光催化、热催化和电催化等领域的应用研究现状。此外,还分析了当前木质素碳基催化材料存在的问题,并展望了未来的发展趋势和重点研究方向。     

超级电容器用二维Ti3C2Tx过渡金属碳/氮化物材料的研究进展

近年来二维过渡金属碳/氮化物(MXene)材料由于其独特的物理/化学性能，在储能领域引起广泛的关注。其中以二维Ti3C2Tx材料的研究最为普遍。MAX相是一类三元氮化物和/或碳化物，其化学式为Mn+1AXn (n=1~3)，M代表过渡金属元素(如Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo等)，X是碳和/或氮，A主要是IIIA或IVA族元素。根据n不同，MAX相的晶体结构包括3种类型。MAX相中，M?X和M?A键强度都很高。无法通过剪切或其它机械方法分层剥离。由于M?A键比M?X键具有更高的化学活性，可以通过化学刻蚀M?A键并辅助剥离方法获得单层/少层的MXenes材料。表面基团随机分布，对电化学性能有重要的影响。调控表面基团的种类和数量是当前研究的重要内容。本工作介绍了MXene相的基本结构，分析了相结构与性能的关系。总结了通过离子插入、热处理、表面改性、电极设计和元素掺杂等手段改善MXene相材料电化学性能的研究进展，简要介绍了MXenes与碳材料、氧化物、聚合物复合在超级电容器领域中的应用进展。对MXene相材料的结构、制备及电化学性能等方面进行了综述，指出了MXene相材料用于超级电容器领域存在的主要问题及未来的发展方向。     

Review MXenes as a new type of nanomaterial for environmental applications in the photocatalytic degradation of water pollutants

Two-dimensional titanium carbide (MXene) with an adjustable bandgap (0.92–1.75eV), excellent structural stability, high conductivity and hydrophilicity has always been a hotspot in the field of environmental photocatalysis. However, the rapid recombination of light-excited carriers of a single photocatalytic material decreases quantum efficiency and photocatalytic performance. The modification of MXene could overcome these problems to improve photocatalytic properties. Among various improvement strategies, the composition of MXene heterostructure and Schottky junction is an effective and straightforward strategy for adjusting electronic structure and accelerating photocatalytic performance. This review aims to design typical, cost-effective heterojunctions and Schottky junctions and their progress, mechanisms, and trends in environmental organic pollutants' degradation. This review detailed the heterogeneous catalytic mechanism of MXene-based photocatalysts for the degradation of organic pollutants. It is discussed the way to improve the photocatalytic performance of MXene by constructing heterojunction and Schottky junction. The surface properties, catalyst performance and pollution management of various MXene-based catalysts were compared, and then some dilemmas and application strategies of MXene development were analyzed in depth. This review can open up ideas for new approaches and provide valuable clues for designing MXene as a cocatalyst to develop more effective photocatalysts for practical application in environmental pollution management.