二维材料MXenes在传感领域的应用研究进展

二维(2D)材料MXenes独特的结构、组成和物理化学特性,使其成为继石墨烯之后2D材料研究领域又一种"明星"材料.MXenes的应用范围从机械、光学、电子、储能等领域扩展到生物医学、环境保护等.这主要是由于其具有大比表面积、高导电性、丰富的表面功能基团、良好的生物相容性,以及可利用各种聚合物或纳米颗粒进行表面功能化,使其有望应用于精准的生物传感、有毒气体和液体污染物传感监测平台.目前,MXenes材料在传感领域的研究主要集中于电流型生物传感、生物/气体电阻传感和压电传感等.在生物电化学传感中,MXenes材料主要用作蛋白质、生物酶、生物发光材料等的固定化基质,以利用其大比表面积、高导电性的特性,提高电子传质效率和速率,从而达到提高传感灵敏度、降低检测限的目的;生物/气体电阻传感是基于MXenes材料对外来吸附分子(生物分子或气体分子)造成的电导率扰动的灵敏性反映,而MXenes材料对外来生物分子或气体分子的吸附是基于其丰富的功能基团(主要为-OH、-F、-O、-Cl等)与这些分子之间的相互作用;压电传感方面的研究主要集中于便携式或可穿戴式压电传感器,MXenes受应力作用,其层间距发生变化,导致其电导率发生变化而产生电信号.可见,在传感器的应用中,人们利用的是MXenes材料的大比表面积和导电性以及表面功能基团.但是,MXenes材料的导电性受表面功能基团的影响,这些基团在一定程度上会降低MXenes的导电性,甚至某些基团使其变为半导体,这不利于传感器高导电性的要求.事实上,功能基团和高电导率是一对矛盾体,研究工作需要在两者之间寻找最佳平衡点.另外,不同的功能基团对不同元素类型的MXenes材料的导电性影响也存在差别.因此,研究者在研究利用进一步的功能化修饰电极(例如修饰贵金属纳米粒子、碳纳米管等)来克服电导率的问题的同时,也在积极寻求更适合传感的不同元素类型的MXenes材料.本文简要概述了MXenes材料的制备、结构、性能研究进展,重点综述了为生物医学、环境保护应用而设计的MXenes传感器的构建及其最新研究进展,包括电流型生物传感、可穿戴式生物传感、MXenes还原电化学传感、生物电阻传感、气体电阻传感、压电/应变传感等.本文还讨论了MXenes材料在传感领域应用面临的困难和挑战.希望本文能在MXenes传感器的开发及应用中为研究者提供有益的指导和帮助.     

二维材料MXene在水处理领域的应用

MXene是一类新兴二维(2D)结构的过渡金属碳/氮化物材料,具有独特的层状结构、亲水性、高导电性和催化活性等特点,在水处理领域受到越来越多的关注.首先介绍了MXene及其合成方法,综述了MXene在吸附、光催化和膜分离等方面的应用.其次讨论了MXene的结构调控、表面改性以及复合等对MXene吸附性能的影响机制和有效异质结的形成、活性晶面的暴露以及贵金属沉积等对MXene基光催化剂催化性能的影响机制;详述了构建高效分离污染物、淡化海水的MXene基分离膜的方法.最后归纳并分析了目前MXene在水处理领域应用中存在的问题,对如何设计性能优异的MXene基水处理材料提出了展望.     

二维材料MXene在储氢领域的应用研究

寻找清洁高效的能源已经成为了人类可持续发展的优先目标,氢能作为绿色高效的能源已然成为了当今世界关注的焦点。目前,常用的储氢方式例如使用高压将氢气压缩进气瓶或低温液化都具有一定的安全问题,因此固体储氢的方式受到广泛关注。其中对MXene（新型二维材料）等轻量级高性能固体材料的大量探索性研究发现,Ti₂C MXene的最大氢吸附量可达8.6%（质量分数）,远高于美国能源部（2015）规定的金属基氢化物的质量容量(5.5%（质量分数）)。尽管MXene具有巨大的潜力,但其在储氢方面的应用尚未得到充分的探索。介绍了目前MXene作为储氢材料的最新研究成果及应用方向。     

纳米材料在催化领域的应用及研究进展

在催化研究领域,人们一直在寻找新的高效催化剂。由于纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性,因而其催化活性和选择性大大高于传统催化剂。目前,催化研究工作者已在纳米催化剂的应用和开发方面做了许多有益的工作。本文仅就纳米材料在催化领域的一些应用及研究成果进行综合叙述     

新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究进展

气体膜分离技术是过滤与分离工业的重要技术之一,相比于传统分离技术更加高效、节能、环保。新型无机二维材料在分离膜领域的应用,有望同时实现高选择性和高渗透率,突破商业聚合物膜渗透率和选择性相互制约的瓶颈,极大地促进高性能分离膜的发展。本文简述了膜的气体分离机制,综述了石墨烯基、过渡金属硫族化物(TMDs)和二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)等新型无机二维材料近年来在气体分离膜领域的研究进展,包括其设计、制造和应用,探讨了不同材料分离膜的特点、面临的挑战和发展前景。此外,本文对其他新兴二维材料——层状双氢氧化物(LDHs)、六方氮化硼(h-BN)、云母纳米片等的分离膜研究也进行了概述。最后,对新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究方向及面临的挑战作出了评价。     

二维MXene材料在气体传感器领域的应用进展

MXene材料是由前过渡金属碳、氮化物组成的无机化合物,二维MXene及其复合材料具有类石墨烯层状结构、高比表面积、优异的导电性和丰富的表面活性位点,近年来在材料领域成为研究热点.本文聚焦二维MXene材料在气体传感器领域的应用前景,从MXene和气敏性能等角度进行了综述,重点对MXene及其(无机/有机)复合材料用作...     

二维MXene材料在超级电容应用的研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有类石墨烯的结构,微观上呈现片层状和多种表面基团,因此具有良好的导电性、离子传输和高亲水性能,并且成为超级电容器的理想电极材料。但MXene层与层容易坍塌、堆叠与官能团的存在,不利于作为电极材料的性能。通过热处理、离子插层和与碳复合等方法提高其电化学性能拥有巨大的应用前景。首先总结了MXene材料的制备方法,然后概述了表面改性和结构优化等对MXene超级电容器的电化学性能的影响,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。     

新型二维MXenes材料在燃料电池中的应用研究进展

MXenes是一类通过选择性刻蚀MAX相材料制得的新型二维层状过渡金属碳化物和氮化物。由于其卓越的物理、电子和化学性能等,MXenes已经被广泛应用于电磁屏蔽、生物医药、能源储存、传感器和水净化等领域。同时MXenes及其复合材料由于其大比表面积、优异的导电性和稳定性等特点,可以有效提高贵金属催化剂的催化效率或直接作为一类非贵金属催化剂,被视为当前极具前途的一类燃料电池电催化剂或载体。本文详细介绍MXenes的结构、性质及其制备方法,综述MXenes及其复合材料在氧还原、甲酸氧化、甲醇氧化和乙醇氧化反应领域的最新应用研究成果,指出MXenes材料目前存在的主要问题(如难以制备分散均匀的多层MXenes薄片或少层甚至单层MXenes薄片,由于较高的表面能容易重新堆积等),提出制备更多的新型MXenes并将其与各类材料进行复合,促进MXenes及其复合材料在燃料电池领域的应用。     

类石墨烯二维材料及光电器件应用研究进展

二维层状材料是具有单原子层或几个原子层厚度的平面材料,有着特殊的物理化学性能,在光电功能器件、吸附与分离、催化等领域具有重要应用前景,是目前国际研究的前沿和热点领域之一。其中,石墨烯是最先受到人们重视的二维材料,随即以过渡金属硫化物为主的类石墨烯二维光电功能材料也被广泛研究。近年来黑磷的发现也极大促进了二维光电材料的研究和发展。二维光电材料中石墨烯及类石墨烯硫化物的研究及其光电功能器件应用现状进行简单综述,并对其应用趋势进行展望,为光电材料研究领域的研究提供参考。     

聚苯胺在催化领域中的应用研究进展

聚苯胺具有独特的导电机理、酸掺杂、氧化-还原可调等特点,在有机转化反应中已显示出优异的催化性能,其研究正受到人们的关注。文中基于聚苯胺不同的性质特征,综述了近十年来聚苯胺作为催化剂或催化剂载体在有机转化反应中的应用研究进展。可望为聚苯胺在催化领域的应用研究提供参考。     

二聚脂肪酸在高分子材料合成中的应用研究进展

以石油化工产品为原料合成的高分子材料,在生物降解性、生物亲和性、耐水性、原料的可再生性等方面往往存在一定的局限性.二聚脂肪酸是一种油脂化工产品,以其为原料合成的高分子材料,具有生物亲和性好,降解性能优良等特性,且其原料来源广泛,为可再生资源,在很多方面弥补了石油化工产品的不足,具有良好的发展前景.综述了近年来以二聚脂肪酸为原料合成的聚酰胺、聚酯、环氧树脂等高分子材料在合成工艺、性能及应用等方面的最新概况及发展前景.     

二维纳米材料MXenes及其复合物在电催化领域中的应用研究进展

MXenes作为一种新兴的二维层状过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化合物, 近年来被广泛应用于物理、化学、材料科学和纳米技术领域当中。MXenes制备过程中会不可避免地出现缺陷和—O, —OH, —F官能团, 同时具备高的电导率和大的比表面积, 使得MXenes具有良好的电子转移速率, 可作为一种优良的电化学催化剂。本文综述了MXenes在电催化领域的研究进展, 介绍了MXenes多种合成方法、不同掺杂类型的发展现状, 重点讨论了其在电催化产氢、产氧、氧气还原、CO₂还原以及氮气还原过程中的应用及机理研究, 并指出目前MXenes制备方法应朝着环境友好、形貌可控、难以氧化和高的可调节性方向发展, 以便应用于不同的电催化反应中。     

二维材料在摩擦机理和润滑应用方面的研究进展

层状结构的二维材料具有原子级的厚度、层间超低的剪切强度、高比表面积以及表面化学稳定性.其由于独特的性能,引起了润滑领域研究人员的极大兴趣.当二维材料应用于润滑领域时,不仅能够大幅度提高润滑介质的减摩性能,还可以解决传统添加剂的局限性,如分散性差、恶劣环境下失效.本文从二维材料的纳米摩擦机理出发,详细介绍了二维材料的层间摩擦机理和表面摩擦机理;另外,从实验内容、润滑性能及润滑机制等方面也详细介绍了近年来二维材料用作添加剂在油润滑和水润滑等领域的研究进展.     

新型二维材料MXene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, 具有类似石墨烯的二维结构, 其化学通式是M_n+1X_nT_z, n = 1, 2, 3, 其中M为早期过渡金属元素, X为碳或氮元素, T为表面链接的F^-、OH^-、O^2-等活性官能团。通过化学液相法可以选择性蚀刻掉MAX相中的A元素得到相应的MXene相。现今较为成熟的制备方法是HF蚀刻法。对MXene的结构与性能进行的第一性原理计算表明, 其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积及良好的导电性、稳定性、磁性能和力学性能, 已广泛应用于储能、催化、吸附等多处领域。本文综述了类石墨烯二维材料MXene的理论、制备和应用方面的研究进展, 并对现有挑战和未来发展提出了建议。随着研究的进一步深入, MXene将被应用于更广泛的领域。     

二维条码技术在超市领域的应用

条码技术自问世以来,经过30多年的迅速发展,在各个行业得到广泛应用。目前,一维条码技术己广泛应用于商业、交通运输、邮电、工业制造、仓储业等领域。本文主要介绍了二维条码技术,以及其与智能手机的相关技术结合后在超市领域的应用,并对其应用前景进行了分析。     

二维晶体材料MXene的电化学应用研究进展

MXene是一种类石墨烯结构的新型二维过渡金属碳化物或碳氮化物,通过氟盐和盐酸或氢氟酸刻蚀前驱体MAX相中的活泼金属元素得到,其化学通式为Mn+1XnT(n=1,2,3…),T表示表面所附着的官能团(-H、-F或-OH)。得益于其表面的官能团,MXene在储能方面应用较为广泛。通过表面改性、离子插层,增加MXene晶面间距,提高离子传输效率,以优化MXene在电化学方面的应用。综述了以Ti3C2为代表的MXene的制备方法、理论研究以及在锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等方面的应用研究进展,展望了MXene在电化学领域的应用前景和未来的研究方向。     

基于BAI的二维钙钛矿材料的合成及表征

采用冷却热饱和溶液法,以正丁基碘化胺(BAI)为有机元,碘化铅(PbI2)为无机元来合成二维钙钛矿材料。通过调整BAI与PbI2的配比及反应温度来研究不同因素对所合成钙钛矿产率和结晶质量的影响。利用SEM、XRD、紫外可见吸收及荧光光谱对合成的二维钙钛矿材料进行表征。确定了冷却热饱和溶液法制备二维BA2PbI4的最佳反应条件为,氢碘酸为溶剂,m(BAI)∶m(PbI2)=2.5∶1,水浴加热温度为85℃,水浴时间为120 min。