MXene這個材料有點火

MXene是一種新型的二維材料,由幾個原子層厚度的過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物構成。最初在2011年被報道,隨後引起瞭科研人員的廣泛興趣。就在4月22日在線發表的《Advanced Functional Materials》上同時出現瞭7篇與MXenes相關的文章,研究領域包含電池超級電容器光熱轉換電磁屏蔽等。下面就跟隨小編的腳步,瞭解一下這種神奇的材料吧。

1. 大連化學物理所吳忠帥《AFM》:MXene基納米結構用於高性能金屬離子電池的研究進展與展望

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MXenes是二維過渡金屬碳化物或碳氮化物的一大類,在晶體核內具有優異的導電性,表面具有豐富的官能團(例如,-OH,-F,-O),金屬離子擴散的低勢壘,離子插層的大層間空間,可以構建具有顯著能量密度和功率密度的先進MXene基納米結構用於不同類型的金屬離子電池(MIB)。大連化學物理所吳忠帥研究員綜述瞭近年來從鋰離子電池到非鋰(Na+,K+,Mg2+,Zn2+,Ca2+)離子電池中MXene基納米結構用於高性能MIBs的研究進展,重點介紹瞭MXene作為活性材料、導電基底甚至集流體的獨特作用。此外,還詳細闡述瞭不同維度(0D、1D和2D)活性材料MXene基雜化材料的負載模型、封裝模型和三明治模型,並以不同MIBs為例詳細說明瞭每種結構模型,特別強調瞭MXene與活性材料之間的協同效應和強相互作用界面材料。最後,簡要討論瞭MXene基納米結構在MIBs方面存在的挑戰和前景。

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全文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000706

2. 中國科學技術大學陳雙明/宋禮《AFM》:通過表面控制和層間工程調控2D MXenes:方法、性能和同步輻射特性

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MXenes是一種層狀過渡金屬碳化物/氮化物,在儲能/轉化、光催化/電催化等領域已受到廣泛關註。事實上,MXenes的本征性質可以通過控制表面終止狀態和層間距來實現高度可調。此外,同步輻射X射線表征顯示瞭探索MXenes性質與結構之間因果關系的巨大潛力。特別是,操作X射線測量可以為更好地理解MXene基能源材料的動態過程提供有用的見解。本文綜述瞭近年來MXenes的表面控制、層間工程和同步輻射表征等方面的研究進展。討論瞭MXenes的發展前景和先進X射線表征技術的應用。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000869

3. 美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi等《AFM》:大層間距柔性Nb4C3Tx薄膜用於高性能超級電容器

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很少研究由413MAX相衍生的MXenes,但由於較厚的單層(四層過渡金屬和三層碳或氮),它們有可能具有優異的電和機械性能。美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi、吉林大學Yu Gao和英國倫敦大學學院Yohan Dall’Agnese對Nb4C3Tx-MXene納米片進行瞭分層,得到瞭層間距為1.77nm的獨立膜,其厚度大於以往大多數MXene納米片。當將Nb4C3Tx獨立薄膜作為超級電容器電極進行測試時,Nb4C3Tx在1 M H2SO4、1 M KOH和1 M MgSO4中顯示出高容量電容,分別為1075、687和506 F cm-3,掃描速率為5 mV s-1。采用原位X射線衍射技術研究瞭電化學充放電過程中的結構變化。在循環過程中,21Å層間距幾乎沒有變化,因為MXene層之間的空間足以容納陽離子的插入和脫插入。這將導致Nb4C3Tx-MXene儲能裝置性能穩定。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000815

4. 北京化工大學徐斌《AFM》:原位冰模板法制備三維柔性MXene薄膜電極用於高性能超級電容器

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MXenes具有金屬導電性、高準電容性和二維結構,是一種很有前途的超級電容器柔性電極材料,但存在著阻隔問題,阻礙瞭離子的可及性,導致離子動力學遲滯。北京化工大學徐斌教授提出瞭一種簡單的原位冰模板法,通過冷凍幹燥Ti3C2Tx基水基薄膜,無需任何後處理,即可制備出獨立的柔性三維多孔Ti3C2Tx/碳納米管薄膜(3D-PMCF)。在冷凍幹燥過程中,Ti3C2Tx夾層中殘留的水分子原位轉化小冰晶,作為自我犧牲的模板構建三維多孔網絡。在水膜中引入的碳納米管增加瞭層間水的含量和由此產生的孔隙率。Ti3C2Tx的三維結構在保持良好柔韌性的同時,顯著增加瞭表面活性位,加速瞭離子遷移。因此,柔性3D-PMCF薄膜在5  mV s-1時提供375 F g-1的電容,在1000 mV s-1時保持251.2 F g-1的電容,具有優異的循環穩定性,遠優於傳統的密集堆積Ti3C2Tx薄膜。將其組裝成一個對稱的超級電容器,實現瞭23.9 Wh kg−1的卓越能量密度。該工作為超級電容器用高性能柔性3D-MXene薄膜電極的制備提供瞭一條簡單有效的途徑。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000922

5. 東南大學章煒/孫正明《AFM》:氮摻雜Ti3C2-MXene的機理研究及電化學分析

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氮摻雜已被證明是改善2D-MXenes電化學性能的一種簡便的改性方法。然而,其基本機制,特別是氮摻雜的位置,及其對MXenes電學性質的影響,在很大程度上還沒有被發現。東南大學章煒副研究員和孫正明教授通過理論模擬和實驗表征,對Ti3C2-MXene中氮的摻雜機理進行瞭全面的研究。在Ti3C2Tx(T=F,OH,O)中發現瞭三個可能的氮摻雜點:晶格取代(碳)、功能取代(OH)和表面吸收(on -O)。電化學測試結果證實,這三種氮摻雜劑都有利於提高Ti3C2電極的比電容,並成功地識別瞭影響Ti3C2電極比電容的因素。通過揭示Ti3C2 MXene中氮的摻雜機理,為調節MXene材料的電化學性能提供瞭理論指導。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000852

6. 華南師范大學李來勝/王靜《AFM》:二維MXene納米材料光熱轉換的研究:合成、機理與應用

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自2011年發現以來,二維過渡金屬碳化物/氮化物(MXene)材料因其獨特的平面結構、化學多樣性和優越的物理化學特性而受到廣泛關註。近年來,MXenes由於其優異的電磁波吸收能力和局域的表面等離子體共振效應而顯示出優異的光熱轉換特性。光熱轉換是利用太陽能的一種有效途徑,它可以將太陽能照明轉化為熱能,從而使MXenes應用於太陽能蒸汽發電和生物醫學等各個領域。然而,到目前為止,MXenes的光致熱性能還沒有引起足夠的重視。華南師范大學李來勝和王靜綜述瞭近年來光熱型MXenes的研究進展,對其光熱轉化機理和應用作瞭較全面的瞭解。首先,簡要總結瞭MXenes及其納米復合材料的合成策略,並對其光熱轉化機理進行瞭討論,最重要的是對其光熱應用的最新進展進行瞭展望。通過精細的材料設計和跨學科的方法,2D-MXenes有望成為主流光熱材料之一,其應用領域也將在不久的將來得到拓展。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202000712

7.韓國科學技術研究所Chong Min Koo《AFM》:2D-MXenes電磁屏蔽材料綜述

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自2016年首次報道2D-Ti3C2Tx的電磁幹擾(EMI)屏蔽以來,MXenes以其優異的屏蔽性能、優異的金屬導電性、低密度、大比表面積可調表面化學和溶液可加工性等優點,在輕質屏蔽材料中占據瞭領先地位。MXenes引發瞭材料研究界的極大興趣,導致在3年內發表瞭100多篇關於MXenes電磁屏蔽的報道。為瞭進一步提高MXenes的固有電磁屏蔽性能,人們探索瞭許多不同結構形式的MXenes復合材料和雜化材料,如致密和層壓結構、層層組裝、多孔泡沫和氣凝膠以及分離結構。韓國科學技術研究所Chong Min Koo綜述瞭不同結構形態MXene基EMI屏蔽材料的最新進展,並對下一代屏蔽材料的發展方向和未來的挑戰進行瞭展望。

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全文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000883

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