这种虚岁为十的材料，会是下一个新兴热点前沿吗？

一、导读

2011年，国际材料领域权威期刊ADVANCED MATERIALS发表了一篇关于Ti₃AlC₂二维材料的文章。九年过去了，以Ti₃AlC₂为代表的MXene材料家族愈发枝繁叶茂，这是一种何等有趣的材料？今天我们一探究竟。

MXene是一类二维无机化合物，其通式为M_n+1X_nT_x(n=1-3)，其中M是前过渡金属（笔者注：很多新闻报道将其译成“早期过渡金属”，这种译法并不科学。），X是碳和/或氮，T是MXene的表面官能团（通常为-O，-OH和-F）（Adv.Mater.,2014,26,992）。MXene具有过渡金属碳化物的高金属导电性，并且由于其羟基和氧封端的表面而具有亲水性，一般认为这与其他2D材料不同，如石墨烯。（笔者注：关于石墨烯的亲疏水仍有争议，这主要和样品的完美程度有关系，因此这句话应该理解为MXene天然自带基团会比较准确。）

MXene于2011年由美国德雷塞尔大学首次发现（Adv. Mater.,2011, 23,4248），即块状三元过渡金属碳化物和氮化物（称为MAX相）选择性的蚀刻出了A层，从而产生了多层的MXene。为了增加表面积和其表面的可及性，通常对多层MXene进行进一步处理以产生脱层的MXene溶液。

综上，MXene是母相MAX(M_n+1AX_n,A= IIIA 或 IVA族元素)经过选择性刻蚀掉A层得到的二维层状材料。

由于母相MAX家族庞大，因此，这一二维家族的诞生势必会带来一系列围绕MXene系的研究热潮。此外，MXene天生具有独特的结构优势，即导电“粘土”、二维“金属”和亲水性石墨烯（MAX之父-Michel W. Barsoum教授的论述），可谓像雾像雨又像风，陶瓷界的金属，金属界的陶瓷！

在本文开始前，请大家记住MXene体系的开创者，来自美国德雷塞尔大学的团队：

二、MXene十岁之发现之旅（2011-2020）

图2.1 MXene的分学科发表量

根据学科属性进行分析（图2.1），MXene的研究论文主要来自材料综合学科，物理化学、纳米科技、化学综合以及应用物理也各自占有不小的比重。对于这样一个发现时间不长的子领域来说，前期的研究主要以材料体系的合成、表征和基本性质探索为主，而这五个学科恰好构建了完整的链条。而更为基础的凝聚态物理研究则刚刚起步，对其背后的物理机制、结构起源等研究不深；此外，这一系列材料在能源和电化学、催化等领域的探索性研究也处在起步阶段，大部分工作是近几年逐步开展的。因此，从学科的角度看，目前进入这一领域做出一些探索性的初期补足工作，还是较容易发表的，亟待更加深入的机理性、基础性工作的加入。

图2.2 MXene的发表年度曲线图

纵观这九年来的发表量（图2.2），呈现出非常有趣的现象。整体趋势可以分为三个阶段，初期前三年的发表量很少；随后的三年有一定的增长，且处于稳定的增长类型；而近三年来，发表量呈现近乎线性的陡峭增长，即使在2020年这样一个不寻常的年份，发表量依旧惊人的达到了1400篇左右。总体来看，这一研究领域呈现出快速增长的良好态势，预示着未来几年极有可能成为下一个“热点前沿”，并具备成为“新兴前沿”的实力。

不过，细心的读者可能会犯嘀咕，不是2011年底最早报道的吗，怎么最早的研究是2012？这个问题的答案详见文末。

图2.3 MXene的国家和地区发表量

在国家和地区发表量层面（图2.3），中国大陆毫无悬念的又问鼎最大体量，并且达到惊人的70%的占比，而美国尽管位居第二，但总量仅占第一位总量的不到三成。只有五个国家的发表量达到了100篇，显然，很多国家和地区并没有投入大量精力进入这一领域。随着未来MXene的发展与推进，应该会有一定的改观。

图2.4 MXene发文量前十期刊

下面，我们来看看哪些期刊比较青睐MXene，如图2.4所示，ACS AMI、JMCA和ACS NANO占据前三，这三大期刊本身也是国内学者比较愿意投稿的期刊，这与我们总发文量第一的数据比较吻合。可见，侧重能源的JMCA占据了前述论文发表学科里能源学科总发文量的较大比重；值得一提的是，两大材料领域权威期刊AM和AFM均位列发文量前十，这和我们之前对石墨烯、储能陶瓷等领域的分析不同，这两大材料领域重要的综合性期刊并未占有较大的发文量。因此，这两大顶级刊物的编辑对MXene比较偏爱，有比较有趣的新成果可以尝试这两大期刊，毕竟首篇开创性成果就发表在AM上。

三、MXene论文引证科学分析

图3.1 MXene论文的国际合作

论文引证角度而言，中国大陆和亚洲及邻近的国家和地区合作紧密度大于美国，而美国和欧洲的合作更为紧密。当然，中美之间的合作发表体量也不小，这部分取决于总的发文量。图3.1中，我们发现新加坡和韩国似乎和中国没有太多的合作关系。

图3.2 MXene论文的机构合作

图3.2揭示了发文数量较多的机构间的合作关系，中科院为主要贡献机构，其合作朋友圈主要是国内的机构，而吉林大学和美国德雷赛尔大学之间的合作关系很突出。这是因为吉林大学于2016年引进了MXene的创始团队带头人Yury Gogotsi（尤里-高果奇）教授，随后的2018年，第一届MXenes储能材料国际学术研讨会也在吉林大学举办。此外，第二、三届国际二维过渡金属碳化物（MXene）学术研讨会也都在中国召开，分别由北京化工大学和中国科学院宁波材料技术与工程研究所举办。

图3.3 MXene论文中的核心关键词

最后，我们选取了MXene论文中的关键词，从图3.3的密度图可以看出，除了核心关键词MXene和nanosheets、exfoliation以及titanium carbide以外，其他关于性能和材料类型的关键词分布很分散，没有形成重要的研究集群。因此，这一领域经过九年发展，依旧在摸索中前行，MXene独有的、不可替代的性质，物理起源、剥离的化学机制等核心问题尚未得到解决，这是未来亟需进行突破的研究点。

四、MXene重要成果简介

图4.1 MXene开篇论文

本文最后，我们简单看看几篇重要的工作，图4.1是MXene首次合成的开篇论文。大家可以看到，其摘要简短精干，两句话直接把合成策略和未来前景高度概括，这样的摘要，编辑和审稿人看到绝对会有想继续了解的期待。回答了这项成果怎么做？得到了什么？以及能引领什么的基本问题。不过，如果我们在web of science里检索主题词mxene时，并不能搜到这篇文章，因为其摘要和关键词都没有mxene。这个词是在论文正文中引出的。

这提醒我们，单单从索引数据库找最新文献可能会存在查不全的问题。特别是那些比较新的概念，作者可能没有直接将后来广为使用的某些词作为关键词，石墨烯的早期发现也是如此。根据笔者的经验，最好的捕捉最新成果的办法就是及时订阅最新的进展推送，主流领域和综合期刊都覆盖到，才有可能早早的看到研究机遇。

图4.2 MXene合成指南

最后，我想给大家分享这篇合成指南性质的工作（图4.2），毕竟对一个比较新的领域，特别是材料科学，合成是不可能逃过去的必修课。创始团队的合成思路和指南性讲解有助于初入行者抓住一些关键因素，并能从中找到自己的兴趣点和问题。这篇发表在CM上的文章还附带了合成的实操视频（图4.3），作为本文的最后彩蛋供大家学习。

图4.3  MXene合成指南视频

（扫描二维码观看视频！）

有道是，

MXene脱胎MAX之精髓，

 像雾像雨又像风；

导电黏土带流量，

交叉发散悟新机。

PS：记得扫描看原文，学合成！

本文由Free-Writon供稿。

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