MXene在生物质基储能纳米材料领域中的应用研究进展

MXene是一种类石墨烯结构的层状二维纳米材料，具有高导电性和高比表面积等优点，常用在储能领域。MXene含有丰富的端基官能团，易与生物质纳米材料形成交联结构并拓宽其层间距，从而提高储能器件的柔韧性及提供更多的离子传输通道。故MXene用于生物质储能纳米材料逐渐成为研究热点之一。本文综述了近年来MXene复合生物质基纳米材料在储能领域中的应用，首先介绍了不同MXene的制备方法及其优劣势，其次分别介绍了用CNF、BC、CNC等材料对MXene储能器件的优化改性方法，并总结了MXene复合生物质纳米材料在超级电容器、纳米发电机、二次电池等三种前沿储能器件中的物化特点及性能优势，重点分析了生物质纳米材料在MXene/生物质纳米复合材料中的功能。最后，对MXene复合生物质纳米材料在储能领域所面临的挑战及其未来应用前景进行了分析与展望。     

二维层状Ti基MXene的电化学性能研究进展

MXene是一种新型前过渡族金属碳(氮)化物,因其独特的二维层状结构,良好的导电性和稳定性,以及层间可以容纳离子和分子的特性,使其在储能领域受到广泛关注。通过插层处理,与高分子材料、金属氧化物等复合可以改善MXene的电化学性能。综述了Ti基MXene及其复合材料在锂离子电池和超级电容器方面的理论研究和应用研究现状。     

MXene基负极材料在储钾领域的研究进展

钾离子电池因钾元素具有成本低,地壳丰度大,以及与金属锂相近的氧化还原电位而有望成为下一代电化学储能体系;然而,金属钾更大的半径对钾离子电池的发展提出了新的挑战。近年来,MXene作为一种二维过渡金属碳/氮化物因其独特的结构、良好的机械性能以及出色的导电性而被广泛应用于各类储能体系中。同样,MXene应用在储钾领域,有效提高了钾离子电池及电容器的性能。本综述对MXene的合成方法进行了归纳与总结,同时系统介绍了MXene以及按照嵌入、转化两种机制分类的MXene基复合材料在储钾领域的最新研究进展。     

二维MXene材料的储能研究进展

在众多储能材料中,具有单个或者几个原子厚度的二维纳米晶体材料MXene至2011年首次从MAX相腐蚀剥离得到以来,就一直是人们研究的热点。本文从在锂离子电池及钠离子电池领域的研究方面介绍了MXene材料目前在储能领域中的研究进展。     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。     

二维晶体MXene的制备与性能研究进展

MXene是一种新型过渡金属碳化物二维晶体,具有和石墨烯类似的结构.化学式为Mn+1Xn,其中n=1、2、3,M为早期过渡金属元素,X为碳或氮元素.这一类材料可以通过氢氟酸解离层状陶瓷材料MAX相获得,具有优异的力学、电子、磁学等性能.MXene是一种很有前途的新型锂离子电池负极材料,可以用在新型复合材料增强体,可以作为高温润滑材料.这种材料在储能、电子、润滑等领域具有重要的应用价值.本文介绍了该类材料的制备方法、性能、潜在应用及其研究现状.     

二维晶体材料MXene应用研究进展

因过渡金属碳/氮化物(MXene)在导电性、能量储存和比表面积等方面的潜在优势,其在环境治理、电化学储能、传感器、复合材料及催化剂等研究领域备受关注。本文综述了近5年MXene在环境污染治理领域的研究进展。     

二维MXene材料——Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

作为第一个被制备出来的MXene材料,Ti_3C_2T_x独特的二维层状结构使其具有良好的电学、光学、力学与热电等性质,在电化学储能领域展现出巨大的潜力。由于钠储量在地球中较为丰富且远高于锂储量,因此钠离子电池具有成本低等优点,成为近几年储能领域的研究热点。主要围绕Ti_3C_2T_x的特性,介绍了其通过插层、造孔等改性方法以及与单质、金属氧化物、金属硫化物结合构成复合材料作为钠离子电池电极材料的研究进展。最后指出应采取基于钠离子脱嵌或反应的更有针对性的优化方法提升总体的电化学性能。     

MXene材料在电催化还原CO2中的应用

MXene是一种新兴的二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物的总称。其具有独特的二维风琴状结构、良好的导电性，丰富的官能团及亲水基团，因此在电催化还原CO₂领域中有着广泛的应用。本文综述了MXene材料的结构与性能，制备方法以及MXene材料及其复合材料在电催化还原CO₂领域的研究进展，并对其未来发展方向进行了展望和总结。     

二维MXene材料——Ti3C2Tx在钠离子电池中的研究进展

作为第一个被制备出来的MXene材料,Ti₃C₂T_x独特的二维层状结构使其具有良好的电学、光学、力学与热电等性质,在电化学储能领域展现出巨大的潜力。由于钠储量在地球中较为丰富且远高于锂储量,因此钠离子电池具有成本低等优点,成为近几年储能领域的研究热点。主要围绕Ti₃C₂T_x的特性,介绍了其通过插层、造孔等改性方法以及与单质、金属氧化物、金属硫化物结合构成复合材料作为钠离子电池电极材料的研究进展。最后指出应采取基于钠离子脱嵌或反应的更有针对性的优化方法提升总体的电化学性能。     

聚合物基MXene复合材料的光热性能研究进展

MXene是一种新兴的二维纳米材料,具有组成可调、结构可控的特性和优异光热性能。MXene可吸收入射光并将其高效转换为热能,这为太阳能的有效利用提供了新途径。将MXene加入聚合物基体中,可赋予聚合物基复合材料优异光热性能,并拓宽复合材料应用范围,因而被广泛研究。具有光热性能的聚合物基MXene复合材料在海水淡化、个人热管理、光热抗菌和光热治疗肿瘤等方面有着广泛的应用前景。本文总结了MXene及聚合物基MXene复合材料的制备方法,介绍了光热材料的光热转换机理,综述了聚合物基MXene复合材料在光热转换方面的研究进展,展望了具有光热性能的聚合物基MXene复合材料在应用中存在的挑战和未来的发展方向。     

MXene的制备与应用

近年来,二维材料因具有独特的性质受到人们的广泛关注。新型二维材料MXene,具有优异的导电性、比电容、比表面积,更重要的是表面存在一些特征官能团,使其在超级电容器、催化、吸附、气体传感器和复合材料等领域中得到越来越广泛的应用。本文着重阐释了MXene中最具代表的Ti₃C₂的制备方法：氢氟酸蚀刻、盐酸和氟化盐混合溶液蚀刻、熔融盐蚀刻,以及它们在吸波材料、储能材料、吸附材料等领域的应用。     

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性髙、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。     

MXene的制备及其在高比能碱金属电池中的应用

双碳目标下,具有高比能量的碱金属电池受到广泛关注,但电池循环过程中枝晶的生长会带来严重安全隐患。新型二维材料（MXene）具有优异的导电性、充足的层间空间、稳定的层状结构,作为金属负极保护材料具有应用价值。首先介绍了MXene的不同制备方法,之后对MXene在金属负极保护领域的应用现状进行了分析和评价。其中,重点总结了三大类MXene与碱金属复合的方法（滚压法、熔融灌注法、电沉积法）,指出当前方法普遍存在易氧化、操作难度大、难以大规模生产等弊端。最后提出MXene的发展应参考石墨烯材料的发展策略,更多地利用其表面活性官能团和片层结构,构筑独立集流体或保护层以获得更好的循环性能。     

电活性MXene膜电极构造原理与水质净化应用研究进展

电活性膜净水技术可借助电化学反应和膜分离的耦合协同作用实现对污染物的短流程高效去除，具有传质效率高、能耗低、抗污染、适应性强等优势，在水处理中展现出巨大的应用潜力。为深入研究电化学水处理技术机理，围绕电活性MXene(E-MXene)膜电极的构造原理与水质净化应用，以典型的MXene及其复合膜电极材料为例，对E-MXene膜电极的构筑原理、策略及其在水质净化领域中的应用研究进行了综述，之后对E-MXene膜电极在重金属去除、油水分离、脱盐及耦合处理技术等领域的研究进展进行了系统性回顾，并对E-MXene膜技术在水处理领域的未来发展趋势进行了展望。     

MXene在火灾预警传感器中的应用研究进展

火灾预警系统的核心之一是新型传感材料。MXene及其衍生物具有较高电子传导率和超大比表面积、独特的温敏性及气敏性，可实现对早期火灾的快速可靠预警，因此，在火灾预警传感器领域具有广泛的应用前景。该文首先回顾了温敏型MXene基火灾预警器的预警机制及其纸类与涂层类器件在火灾预警领域的发展现状，随后介绍了气敏型MXene基火灾预警器的预警机制及国内外近年来MXene及其衍生物在NH3、NO2、CO等气体检测的研究进展。重点总结了MXene在火灾预警领域高性能化、多功能化的发展趋势，并对MXene基火灾预警器后续发展趋势进行了展望。最后，指出未来MXene基火灾预警器应通过开发新型MXene基敏感材料以进一步缩短其响应触发时间、提高火灾预警的快速性与准确性，并考虑赋予器件自修复性、电磁屏蔽性、疏水性等多功能性，同时将其与物联网联动实现智能消防，使其更适合复杂环境和实际工程应用。     

定向冷冻铸造制备三维石墨烯基复合材料的研究进展

针对三维石墨烯及其复合材料广泛的应用前景,总结了以定向冷冻铸造法制备三维石墨烯基复合材料的研究进展,重点介绍了基于定向冷冻法的三维石墨烯基材料在吸附介质、隔热/导热、传感和储能等领域的应用概况,展望了定向冷冻铸造技术在石墨烯及其复合材料领域的发展方向。     

有机金属骨架材料在电化学储能领域中的研究进展

金属有机骨架材料（MOFs）由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等引起了学者们的极大关注,尤其在电化学储能领域取得了较大的研究进展。本文综述了近几年MOFs基材料在锂硫电池、锂离子电池和超级电容器等电化学储能领域中的应用。详细介绍了MOFs及其复合材料作为锂硫电池正极载体时与活性物质的作用机理,探讨了MOFs对活性物质硫的物理封装和化学配位作用。此外,阐述了MOFs衍生碳材料因独特孔结构、较强导电性和丰富活性位点等作为电极材料时对电池性能的提升。最后对MOFs基材料在电化学储能中的研究前景作出了展望,指出MOFs基材料中杂原子比例的控制和孔道设计是未来研究的重点。     

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。     

多孔炭材料设计合成及电化学储能应用

多孔炭材料具有导电性好、结构稳定、资源丰富、价格低廉的天然优势，既可直接作为电极材料，构建炭基电化学储能器件，又可与非炭电活性材料复合，起到传输电子、缓冲体积膨胀及调节界面反应的作用，在电化学储能器件中一直发挥着不可或缺的作用。结合本文作者课题组的研究工作，本文总结了多孔炭制备及孔结构和形貌的调控方法，分析了各方法的优缺点；并以超级电容器、锂离子/钠离子电池和锂硫电池为代表，阐述了多孔炭材料在电化学储能领域的作用及应用研究现状，讨论了电化学储能器件对多孔炭材料的结构与性能要求，指出了多孔炭在电化学储能应用中存在的局限性，并对多孔炭在这些储能领域的研究和发展趋势做出展望。