走进具有神奇功能的MXense材料世界——近期MXense材料的最新进展

youyoucao 4年前 (2021-02-12) 10425浏览

MXene是材料科学中的一类二维无机化合物。这些材料由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成。自2011年首次发布有关2D Ti3C2的报告以来，越来越多针对MXene的合成的研究。MXene具有通式Mn +1XnTx，其中M是早期过渡金属，例如Ti，Mo，Nb，V，Cr，Zr，Ta等，X是碳和/或氮，n= 1–4，Tx代表表面终端。过渡金属原子与碳或氮原子以分层方式排列的结构结构，使MXenes享有非凡的成分多样性和可调节的性能。这可能是迄今为止已知的最大的2D材料家族。由于具有高电导率，亲水性表面，生物相容性，可见光和红外波段的光学吸收带，可逆表面氧化还原反应等能力，已经受到广泛的关注。

1. 德国明斯特大学Tobias Placke（ACS Nano）：酸碱后处理诱导锂离子电池中溶剂共插层到少层Ti3C2TxMxenes

MXenes作为一类新兴的2D材料，显示出独特的物理和化学特性，非常适合于大功率电池应用，例如锂离子电池（LIB）。而Ti3C2Tx（Tx = O，OH，F，Cl）是迄今为止研究最多的MXene之一。但是，大多数科学研究只集中在多层或单层MXene的设计上。

德国明斯特大学Tobias Placke合成了少层Ti3C2Tx MXenes并研究了其在LIB电池中作为阳极材料的应用。通过X射线衍射（XRD），拉曼光谱，X射线光电子能谱（XPS），能量色散X射线分析（EDX），扫描电子显微镜（SEM）对合成的Ti3C2Tx进行了全面表征。氮吸收分析和热重分析（TGA），以便系统地评估合成路线对材料性能的影响。通过恒电流和恒电位将检测到的变化放入电化学的角度来研究少层Ti3C2Tx的赝电容性能，在5 A g−1下1000次循环具有155mAh g−1的稳定容量。此外，通过LiF/HCl原位生成HF合成的Ti3C2Tx的酸化处理比原始处理或碱性处理能够提高初始容量。

参考文献：Bärmann, P.;  Nölle, R.;  Siozios, V.;  Ruttert, M.;  Guillon, O.;  Winter, M.;  Gonzalez-Julian, J.; Placke, T., Solvent Co-intercalation into Few-layered Ti3C2Tx MXenes in Lithium Ion Batteries Induced by Acidic or Basic Post-treatment. ACS Nano 2021.

2. 中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅（Advanced Materials）：一种多任务MXene油墨助力用于全柔性自供电集成系统的高性能可打印微电化学储能器件

在物联网、个人健康监测系统和智慧城市等领域，人类的未来充满希望。为了实现这一宏伟目标，电子产品必须具有可穿戴性、环境可持续性和安全性。然而，利用多功能材料实现自给自足的电子系统的大规模生产仍然面临重大障碍。

中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅开发的多任务水性可印刷MXene油墨具有无添加剂的高电容电极，灵敏的压力感应材料，高导电的集电器，无金属的互连件和导电粘合剂等性能。通过直接丝网印刷MXene油墨，可以在各种基材上精细地制造基于MXene的微型超级电容器（MSC）和锂离子微型电池（LIMB）。所制备的MSC具有1.1 F cm-2的超高面积电容，串联的MSC提供60 V的创纪录电压。准固态LIMB提供了154μWhcm-2的强大面积能量密度。此外，通过串联太阳能电池，LIMB和MXene水凝胶压力传感器的无缝集成，展示了基于多任务MXene墨水在单一基材上的全柔性自供电集成系统。值得注意的是，该集成系统对人体运动异常敏感，具有35毫秒的快速响应时间。因此，这种多用途MXene墨水为推动未来的智能电器开辟了一条新途径。

参考文献：Zheng, S., Wang, H., Das, P., Zhang, Y., Cao, Y., Ma, J., Liu, S. (F.), Wu, Z.‐S., Multitasking MXene Inks Enable High‐Performance Printable Microelectrochemical Energy Storage Devices for All‐Flexible Self‐Powered Integrated Systems. Adv. Mater. 2021, 2005449.

3. 华南理工大学余皓（Chemical Engineering Journal ）：通过控制电荷动力学策略设计高活性Ag/Nb2O5@Nb2CTx（MXene）光催化剂

利用太阳能分解水生产可再生氢作为一种很有前途的清洁能源技术，受到了学术界和工业界的广泛关注。半导体金属氧化物，如TiO2、ZnO、Nb2O5等，因其具有较高的光催化活性和优良的化学稳定性而被广泛应用于这一领域。然而，半导体氧化物光催化剂上光生载流子的复合严重限制了太阳能制氢的效率。合理设计光催化剂，促进光生载流子的空间分离，从而提高光催化析氢活性是非常有必要的。

华南理工大学余皓开发的一维Nb2O5纳米棒阵列是通过一种便捷的水热方法首次在二维Nb2CTx MXenes上原位生长的。然后将Ag纳米颗粒光沉积在Nb2O5纳米棒上以形成分层的0D/1D/2D纳米杂化物。实验证明，-OH主要作为终止基团吸附在Nb2CTx上，导致了低功函数(2.7 eV)。由于其独特的结构，高活性的Nb2O5纳米棒能够高效地光能产生电子-空穴对，而低工作功能的-OH端Nb2CTx则能够捕获空穴，Ag纳米颗粒充当电子存储库和析氢反应(HER)位点。铌基光催化剂中的三元Ag/Nb2O5@Nb2CTx纳米杂化物达到了创纪录的HER活性，证明了MXenes作为平台的潜力高性能异质结结构的合成，其中可调节的电子性能是关键因素。

参考文献：Peng, C.; Xie, X.; Xu, W.; Zhou, T.; Wei, P.; Jia, J.; Zhang, K.; Cao, Y.; Wang, H.; Peng, F.; Yang, R.; Yan, X.; Pan, H.; Yu, H.,Engineering highly active Ag/Nb2O5@Nb2CTx (MXene) photocatalysts via steering charge kinetics strategy. Chemical Engineering Journal 2021, 128766.

4. 美国橡树岭国家实验室Hsiu-Wen Wang（ACS Nano）：预凝固Ti3C2Tx MXene作为钠离子电容器电极的结构与行为

现代技术基础设施依赖于电化学能量存储，可用于手持设备，电动汽车和电网等。电化学储能系统必须在成本和性能之间取得平衡；而后者主要包括能量密度，功率密度和寿命。MXenes，一类二维（2D）过渡金属碳化物和/或氮化物材料，是用于基于离子嵌入的能量存储的有前途的伪电容材料之一。层状碳化钛（Ti3C2Tx）MXene是一种有前途的电极材料，可用于下一代电化学电容器。然而，尚未详细研究使嵌入的阳离子的分布与表面氧化还原反应相关的原子级信息。

美国橡树岭国家实验室Hsiu-Wen Wang报道了钠预插层MXene高钠含量(Ti3C2Tx可配对2Na)使用钠-联苯自由基阴离子配合物(E0≈−2.6 SHE)的溶液。通过结合中子对分布函数分析的计算模拟，可以确定在界面/表面上有多个沉积位置和二维钠域结构的形成。发现在局部规模上以密度泛函紧密结合方法为特征的感应层电荷和氧化还原过程很大程度上取决于钠离子的位置。预先钠化的MXene作为钠离子电容器中的电极材料的电化学测试显示出优异的可逆性和良好的性能，表明化学预嵌入作为制备用于离子电容器的MXene电极的方法的可行性。

参考文献：Brady, A.;  Liang, K.;  Vuong, V. Q.;  Sacci, R.;  Prenger, K.;  Thompson, M.;  Matsumoto, R.;  Cummings, P.;  Irle, S.;  Wang, H.-W.; Naguib, M., Pre-Sodiated Ti3C2Tx MXene Structure and Behavior as Electrode for Sodium-Ion Capacitors. ACS Nano 2021.

5. 复旦大学余学斌（ACS Nano）：三维MOFs@MXene气凝胶复合材料衍生MXene螺纹中空碳限域CoS纳米颗粒用于碱离子电池

MXene是一种新兴的潜在二维材料，结合了亲水性表面，可控的中间层间距，高金属电导率和丰富的表面官能团，已广泛用于能量，电磁干扰屏蔽和放氧反应。但是，像大多数2D材料一样，由于相邻纳米片之间的强范德华相互作用和氢键作用，MXene纳米片的聚集通常是不可避免的。金属有机骨架（MOF）是一类特殊的多孔材料，由于它们具有丰富的孔隙率，巨大的表面积和协调的不饱和位点，因此在能量，催化剂和吸附剂领域引起了越来越多的关注。并且，作为便携式能量存储和供应装置的可再充电电池已经引起了相当大的关注。

复旦大学余学斌报道了成功合成MOFs@MXene气凝胶的过程，该气凝胶是由Co2+与MXene的含氧官能团配位形成水凝胶，然后钴离子充当了Moss原位生长的成核位点。随后，基于DFT计算结果（确认了CoS和碱离子之间的化学吸附适中），从MOFs@MXene衍生出了3D多孔MXene螺纹N掺杂的多孔碳受限CoS纳米颗粒复合物（CoSNP@NHC）@MXene，合成气凝胶前体用于锂/钠/钾的储存。高度互连的多孔MXene网络创建了互穿的电子和离子传输通道，从而在高质量负载下以高充电和放电速率提供了高容量。更重要的是，由于高的堆积密度，混合材料提供了高的体积能量密度和功率密度，这对于实际的电化学能量存储装置显示出有希望的应用可能性。

参考文献：Yao, L.;  Gu, Q.; Yu, X., Three-Dimensional MOFs@MXene Aerogel Composite Derived MXene Threaded Hollow Carbon Confined CoS Nanoparticles toward Advanced Alkali-Ion Batteries. ACS Nano 2021.

6. 美国空军研究实验室Richard A. Vaia（ACS Nano）：用于MXene制造的Ti3AlC2MAX相的卤素蚀刻

MXene表面在成分上是不均匀的，包含氟，氧代和羟基末端。诸如光学，电子和化学性能之类的属性对表面结构和成分高度敏感，从而导致性能欠佳，例如对于超级电容器或电磁涂层。因此，安全，有效地形成具有多种均质表面的MXene仍然是一项实验挑战。

美国空军研究实验室Richard A. Vaia提出了一种高效的室温刻蚀方法，利用卤素(Br2,I2,ICl,IBr)在无水介质中从Ti3AlC2合成MXenes。自由基介导的过程强烈地依赖于卤素与最大相的摩尔比、卤素的绝对浓度、溶剂和温度。这种蚀刻方法为控制表面化学来调制MXene的性质提供了机会。

参考文献：Jawaid, A.;  Hassan, A.;  Neher, G.;  Nepal, D.;  Pachter, R.;  Kennedy, W. J.;  Ramakrishnan, S.; Vaia, R. A., Halogen Etch of Ti3AlC2MAX Phase for MXene Fabrication. ACS Nano 2021.

7. 韩国汉阳大学Tae Hee Han（ACS Nano）：可变形MXene凝胶由于高导电性和高机械强度的Ti3C2Tx MXene纤维

二维（2D）纳米材料由于其极好的物理，化学和电子特性，近年来已成为深入研究的主题。二维纳米材料的固有各向异性使其成为有希望的构建多层宏观结构（如薄膜和纤维）的基础材料。但是，结构缺陷（包括微观空隙，纳米级边界和建筑单元的局部无序排列）的原因会降低组件的性能。由于2D纳米材料之间的键合明显弱化和接触区域变窄，因此2D纳米材料组件中的大量缺陷不可避免地导致机械性能下降和电子传输受损，从而降低了导电性。实现完美对准，高度定向，无缺陷的组装结构对于实现理想的导电性和机械性能至关重要。

韩国汉阳大学Tae Hee Han描述了MXene胶体纳米片如何形成自支撑的MXene水凝胶。MXene凝胶的三维网络结构通过增强纳米片间的静电相互作用而增强。稳定的凝胶网络有利于制备高度定向的纤维，因为MXene凝胶能够承受结构变形。在混凝浴中湿纺高浓度MXene胶体时，MXene薄片在机械拉伸力作用下可以转化为完全对齐的纤维。与其他纤维相比，取向MXene纤维的导电性(12504 S cm−1)和杨氏模量(122 GPa)提高了1.5倍。使得定向MXene光纤将有广泛的应用前景，包括电气布线和信号传输。

参考文献：Shin, H.;  Eom, W.;  Lee, K. H.;  Jeong, W.;  Kang, D. J.; Han, T. H., Highly Electroconductive and Mechanically Strong Ti3C2Tx MXene Fibers Using a Deformable MXene Gel. ACS Nano 2021.

8. 吉林大学韩炜等（ACS Nano）：真菌衍生的纳米带异质结构上微生物辅助的Ti3C2Tx MXene组装用于超稳定储钠和储钾

可充电二次电池在替代性储能方面具有明显的竞争优势，这显示出很高的理论容量和能量密度。使用富含地球的低成本钠离子或钾离子形成Na离子电池（SIB）或K离子电池（PIB）有望取代现有的锂离子电池（LIB）。然而，由于电化学反应过程中的动力学缓慢，其电池性能仍然不能令人满意，这是由于Na+和K+的较大离子半径以及与它们的插入和提取相关的严重的体积膨胀所致。因此，迫切需要探索高性能的电极材料，以促进更大的碱金属离子的移动和存储，改善电池性能，并达到商业化所需的标准。

吉林大学韩炜等通过原位生物吸附策略，将MXene@N掺杂的碳纳米纤维结构设计为高性能钠离子和钾离子电池的阳极。也就是说，将Ti3C2Tx纳米片组装到黑曲霉上生物真菌纳米带，并转换为2D/1D异质结构。这种微生物来源的二维MXene-1D氮掺杂碳质纳米纤维结构具有完全开放的孔隙和传输通道，具有高可逆容量和长期稳定性，可存储Na+(349.2 mAh g-1在0.1A g-1循环1000次)和K+(201.5 mAh g-1在1.0 A g-1循环1000次)。离子扩散动力学分析和密度泛函理论计算表明，这种多孔杂化结构促进了Na和K离子的传导和输运，充分利用了二维材料固有的优势。因此，本研究拓展了MXene材料的潜力，并为解决二维储能材料的挑战提供了一个很好的策略。

参考文献：Cao, J.;  Sun, Z.;  Li, J.;  Zhu, Y.;  Yuan, Z.;  Zhang, Y.;  Li, D.;  Wang, L.; Han, W., Microbe-Assisted Assembly of Ti3C2Tx MXene on Fungi-Derived Nanoribbon Heterostructures for Ultrastable Sodium and Potassium Ion Storage. ACS Nano 2021.

9. 南京大学潘建斌（Biosensors and Bioelectronics）：探索CRISPR-Cas12a的反式切割活性，以开发基于Mxene的电化学发光生物传感器以检测Siglec-5

唾液酸结合免疫球蛋白（Ig）样凝集素（Siglecs）是细胞表面的I型跨膜受体，分为细胞外节段，跨膜区和细胞内节段。细胞外区段包含2至17个免疫球蛋白样结构域，并调节内在和适应性免疫。它可以通过识别聚糖结构来调节败血症，自身免疫性疾病和肿瘤的免疫平衡。人细胞上最常见的Siglecs是Siglec-5和Siglec-9，它们各自由两个细胞内酪氨酸信号单元组成。Siglec-5可以作为人体中白细胞的抑制受体发挥重要作用。Siglec-5被认为是正常骨髓生成和急性骨髓性白血病（AML）的潜在标志物。因此，新型siglec-5检测方法的开发可以帮助研究相关疾病的发病机理以及开发新型治疗药物。而等温扩增技术的发展以及CRISPR-Cas家族Cas12a侧翼剪接特征的发现为双链DNA（ssDNA）扩增提供了一种可行的方法。

南京大学潘建斌使用催化发夹组装（CHA）扩增策略结合CRISPR-Cas12a的侧切功能来构建2D超薄的Ti3C2Tx（MXene）为基础的电化学发光（ECL）生物传感器，用于检测Siglec-5。通过使用这种ECL生物传感器，将CRISPR-Cas12a的裂解与CHA介导的等温扩增合理地结合在一起，从而实现了灵敏度为20.22 fM的灵敏扩增测定Siglec-5。同时通过将不在同一双链DNA中的成对位点引入DNA双链体中，CRISPR-Cas12a的杂交序列补充了靶向机制，以增强间接Siglec-5扩增测定。总言之，将CRISPR-Cas12a的应用范围扩展到ECL生物传感器的构建，评估了凝集素的作用，可将其用于蛋白质标记物的生化研究和临床诊断。

参考文献：Zhang, K.;  Fan, Z.;  Yao, B.;  Ding, Y.;  Zhao, J.;  Xie, M.; Pan, J., Exploring the trans-cleavage activity of CRISPR-Cas12a for the development of a Mxene based electrochemiluminescence biosensor for the detection of Siglec-5. Biosensors and Bioelectronics 2021, 178, 113019.

10. 复旦大学叶明新-沈剑锋（ACS Nano）：V2CTX MXene上原位生长MnO2纳米片用于高性能水系锌离子电池

锰基水性锌离子电池（ZIBs）具有易于制造，低成本和高安全性等优点，有望成为大规模可充电储能的候选材料。然而，锰基阴极的商业应用受到低倍率能力和差的循环性的挑战性问题的阻碍。

复旦大学叶明新-沈剑锋通过金属-阳离子插层和原位生长策略，精心设计并合成了一种锰-钒杂化阴极K-V2C@MnO2，该阴极以MnO2纳米片均匀地形成在V2CTX MXene表面。K-V2C@MnO2由于具有高导电性、丰富活性位点的杂化结构，以及Mn2+电沉积的协同反应和抑制MnO2的结构损伤，对水ZIBs具有优良的电化学性能。具体来说，在0.3 A g-1时，其比容量为408.1 mAh g-1;在10 A g-1的高电流密度下，其比容量为119.2 mAh g-1，长期循环次数可达10000次。其性能优于几乎所有已报道的水系ZIBs的锰基阴极。结果表明，本文所设计的锰基阴极材料具有良好的电化学性能，是一种用于高性能ZIBs阴极的合理途径。

参考文献：Zhu, X.;  Cao, Z.;  Wang, W.;  Li, H.;  Dong, J.;  Gao, S.;  Xu, D.;  Li, L.;  Shen, J.; Ye, M., Superior-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries Based on the In Situ Growth of MnO2 Nanosheets on V2CTX MXene. ACS Nano 2021.

11. 复旦大学车仁超（ACS Applied Materials & Interfaces）：在分层Ti3C2TxMXene纳米结构中2D/2D/0D异质结用于电磁波吸收和屏蔽

基于MXene的复合材料的精确异质结工程技术前所未有地提高了其电磁（EM）波吸收和屏蔽性能。但是，由大量终止基团引起的MXene絮凝严重限制了异质结的调控，这促使人们寻求一种革命性的合成策略，以应对难以控制的自我聚集。

复旦大学车仁超将配位分子的聚合反应引入Ti3C2Tx MXene胶体分散体中，以将这些2D薄片组装成分层的花状微球。凭借其电中性和大分子量，多巴胺-钼配合物可以保持Ti3C2Tx薄片的胶体分散，从而将这些组分均匀交替地组合成2D/2D Ti3C2Tx/聚多巴胺-Mo（PDA-Mo）构建基块。Ti3C2Tx的层通过简单地改变前驱体浓度，可以精确地控制这些异质结中的杂质。随后的碳化过程将Ti3C2Tx/PDA-Mo复合材料转变为Ti3C2Tx/C/MoO2具有丰富的2D/2D/0D异质结的晶体管。电子全息图表明，界面极化和由多个异质结触发的面外电子流都对介电损耗容量有贡献。此外，碳成分和大的片间空腔大大降低了电导率，从而提高了阻抗匹配特性。因此，该复合材料具有第一种电磁波吸收性能，在厚度为2 mm时的超宽吸收带宽为7.7 GHz (10.3 ~ 18 GHz)，最大反射损耗值高达−46.7 dB。进一步增加MXene的用量，可以将吸收特性转化为屏蔽特性，平均效率为35.9·dB。这些研究结果表明，配位分子可以作为一种优秀的MXene基复合材料前驱体及其异质结工程，为在电磁波屏蔽和吸收场方面取得优异的应用性能指明了道路。

参考文献：Wu, Z.;  Yang, Z.;  Jin, C.;  Zhao, Y.; Che, R., Accurately Engineering 2D/2D/0D Heterojunction In Hierarchical Ti3C2Tx MXene Nanoarchitectures for Electromagnetic Wave Absorption and Shielding. ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13 (4), 5866-5876.

12. 印度SRM科学技术研究所Bhalchandra A. Kakade（ACS Applied Nano Materials）：氮和硫共掺杂的TiO2-修饰碳化钛MXene用于电还原氧

近年来，研究人员越来越关注能量转换和电化学储能技术，例如燃料电池，锌空气电池和超级电容器等，这些技术具有更好的能源利用效率和环保特性。低温燃料电池（FCs）被认为是具有最高效率的有希望的能量转换装置。但是，急需开发一种高效，选择性和稳定的慢氧还原反应（ORR）的电催化剂，以减少活化障碍，这将进一步影响金属-空气电池和电池技术的社会影响。

印度SRM科学技术研究所Bhalchandra A. Kakade报道了在500-700℃的退火过程中，通过在Ti3C2Tx层中析出分层TiO2纳米结构，制备−N，−S共掺杂Ti3C2Tx。优化后的产物Ti3C2/NSCD-600具有较好的氧还原性能，起始电位为0.98 V，电流密度为JL = 3.5 mA/cm2，电流密度为0.1 M KOH。复合催化剂电催化活性的提高主要归因于C-N和C-S活性中心的形成，以及Ti3C2表面TiO2纳米结构的形成。最终证明了低温催化剂中电催化剂向能量产生的发展。

参考文献：Parse, H.;  Patil, I. M.;  Swami, A. S.; Kakade, B. A., TiO2-Decorated Titanium Carbide MXene co-Doped with Nitrogen and Sulfur for Oxygen Electroreduction. ACS Applied Nano Materials 2021.

13. 韩国光云大学Jae Yeong Park（ACS Applied Materials & Interfaces）：用于智能家电的静电纺PVDF-TrFE / MXene纳米纤维毡基摩擦纳米发电机

近年来，便携式电子设备在健康监测中变得越来越流行，无线传感器网络人工智能，人机接口，智能家居和物联网。可穿戴/无线技术的进步不断增长的电力需求已经给我们带来了极大的挑战。摩擦电纳米发电机（TENGs）代表了一种有前途的方法，可以基于摩擦电感应和电气化效应将人类的生物机械运动转化为电能。而二维纳米材料的超薄结构提供了最大的表面电荷，从而提高了TENG的输出性能。

韩国光云大学Jae Yeong Park报道了使用具有优异介电常数和高表面电荷密度的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）/ MXene纳米复合材料的电纺基于纳米纤维的TENG（EN-TENG）。从理论和实验上研究了介电性能对EN-TENG输出性能的影响。制成的EN-TENG的最大功率密度为4.02 W / m2匹配的外部负载电阻为4MΩ。PVDF-TrFE/MXene纳米复合材料将EN-TENG的输出性能提高了四倍。EN-TENG通过从人的手指敲击中收集能量，成功地为电子秒表和温湿度计供电。此外，它还被用作智能家居应用中的自供电开关，用于控制家用电器，包括火灾报警器，风扇和智能门。这项工作为自供电系统，人机界面和智能家居应用提供了一种有效的创新方法。

参考文献：Rana, S. M. S.;  Rahman, M. T.;  Salauddin, M.;  Sharma, S.;  Maharjan, P.;  Bhatta, T.;  Cho, H.;  Park, C.; Park, J. Y., Electrospun PVDF-TrFE/MXene Nanofiber Mat-Based Triboelectric Nanogenerator for Smart Home Appliances. ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13 (4), 4955-4967.

14. 苏州大学王照奎（Journal of the American Chemical Society）：单层MXene纳米片掺杂TiO2用于高效稳定的双钙钛矿太阳能电池

自2009年将CH3NH3PbI3钙钛矿首次引入染料敏化太阳能电池（DSSC）以来，钙钛矿太阳能电池（PSC）在最近10年的快速发展中取得了长足的进步。但是，APbX3PSC的商业化仍存在两个主要问题：APbX3(A =甲酰胺(FA)，甲基铵(MA)，或Cs;X = Cl, Br, I)结构的不稳定性和铅（Pb）毒性。研究表明，通过在位点A处用铯代替MA+或FA+可以显着改善钙钛矿的热力学稳定性和耐湿性。但是，铅的毒性仍然阻碍了PSC的发展。因此，开发无毒，高稳定性的无机无铅钙钛矿材料已成为未来研究的重点。无机无铅钙钛矿结构的当前研究主要集中在铅的替代上。而MXene不仅可以显示出更高的电导率和更大的比表面积，而且MXene的表面基团（-O，-OH，-F）可以调节电子性能，这为MXene在PSC中的应用提供了机会。

苏州大学王照奎采用了一种简便的策略，在沉积致密的二氧化钛(TiO2)时，将单层MXene纳米片缓慢滴入TiCl4溶液中来合成多功能ETL (Ti3C2Tx@TiO2)。采用空气退火的溶剂法在该ETL上获得了Cs2AgBiBr6薄膜的高结晶。值得注意的是，单层MXene的掺入降低了由于ETL电导率的增加而在界面中电子的积累。同时，MXene纳米片改变了ETL的表面润湿性，促进了晶体的生长，抑制了双钙钛矿薄膜中针孔的产生。得到的Cs2AgBiBr6 PSC的PCE高达2.81%。此外，该器件表现出良好的稳定性，在未封装的环境中保存15天后，PCE的保留率仍为初始PCE的93%。

参考文献：Li, Z.;  Wang, P.;  Ma, C.;  Igbari, F.;  Kang, Y.;  Wang, K.-L.;  Song, W.;  Dong, C.;  Li, Y.;  Yao, J.;  Meng, D.;  Wang, Z.-K.; Yang, Y., Single-Layered MXene Nanosheets Doping TiO2 for Efficient and Stable Double Perovskite Solar Cells. Journal of the American Chemical Society 2021.

15. 韩国化学技术研究所Ki‐Seok An（Advanced Functional Materials）：化学稳定和功能化的2D-MXene与深共晶溶剂作为通用分散介质

二维过渡金属碳化物和氮化物（即MXenes）通常在酸性溶液中合成，并在碱性溶液中分层。这导致具有适用于各种实际应用的独特物理/化学特性的通用材料。但是，基于溶液的化学处理会影响MXene的化学结构，从而加速氧化反应并降低其固有性质。而许多研究都集中在深共晶溶剂（DES）的“绿色”化学潜力上。DES是通常由两个或三个安全且廉价的有机和/或无机分子组成的液体，它们彼此相互作用形成熔点低于每个单独成分的熔点的低共熔相。如何使得MXenes稳定是一个研究重点。

韩国化学技术研究所Ki‐Seok An开发了一种新颖且协调良好的策略，使用DESs作为抗氧化分散介质和表面钝化材料来引入Ti3C2Tx的长期化学稳定性。这种策略中DES最重要的特点是它具有化学惰性，可以在水中水化稳定活性水分子。因此，DES可以有效阻止氧(在水分子中)渗透导致Ti3C2Tx氧化。同时发现极化的DES分子也可以作为一种有效的插层剂来分层MXene。分散在DESs中的Ti3C2Tx MXene的分层氧化率非常低，并证实MXene的分散性和化学稳定性维持在28周以上。此外，DESs中氢键接受和供能分子与Ti3C2Tx表面有很强的相互作用，同时分散Ti3C2Tx片材，防止其在溶液和干燥相中的氧化。最后由于DES分子与表面官能团Ti3C2Tx结合，MXene/DES油墨作为电极的电化学性能得到了提高，这对MXene的电化学性能产生了积极的影响。

参考文献：Kim, J., Yoon, Y., Kim, S. K., Park, S., Song, W., Myung, S., Jung, H.‐K., Lee, S. S., Yoon, D. H., An, K.‐S., Chemically Stabilized and Functionalized 2D‐MXene with Deep Eutectic Solvents as Versatile Dispersion Medium. Adv. Funct. Mater. 2021, 2008722.

16. 香港城市大学Alicia Kyoungjin An（ACS Applied Materials & Interfaces）：自组装疏水/亲水卟啉-Ti3C2TxMXene Janus膜用于双功能光热脱盐

光热脱盐技术是最有希望的可持续性和低成本技术之一，它在没有水和能源基础设施的情况下，通过收集丰富而清洁的太阳能来生产高纯度淡水。作为光热脱盐的重要组成部分，人们一直致力于开发高效的太阳能吸收器，这些吸收器在收集太阳能并将其转化为热量并释放蒸气方面起着至关重要的作用。为此，已经基于具有强大的太阳能吸收和转化，足够的水泵通道，良好的盐助剂和可行的制造的各种最新的光热材料，研究了各种太阳能吸收剂。然而，在高蒸发速率和良好的耐盐性之间实现良好平衡的协同作用仍然是一个巨大的挑战。

香港城市大学Alicia Kyoungjin An报道了一种合理设计的柔性自组装卟啉- Ti3C2Tx MXene Janus膜，这是一种可行和有效的先进光热脱盐策略。卟啉在MXene上的均匀自组装有效地产生了良好的疏水/亲水Janus结构，用于稳定的海水淡化，同时能够高效地利用太阳能。此外，由于卟啉与MXene之间存在显著的相互作用和电荷重分布，Janus PMX膜表现出协同增强的光热效应。1个太阳照射的Janus PMX膜的表面温度在3分钟内从25.5℃上升到72.1℃，是纯MXene膜的两倍。因此，Janus PMX膜具有较高的光热蒸发率(1.41±0.04 kg m-2 h-1)、出色的太阳-蒸汽效率(86.4%)和良好的海水淡化稳定性，从而增强了光热淡化性能。

参考文献：Zhang, B.;  Gu, Q.;  Wang, C.;  Gao, Q.;  Guo, J.;  Wong, P. W.;  Liu, C. T.; An, A. K., Self-Assembled Hydrophobic/Hydrophilic Porphyrin-Ti3C2Tx MXene Janus Membrane for Dual-Functional Enabled Photothermal Desalination. ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13 (3), 3762-3770.

17. 扬州大学姚航（Small Methods）：使用Ti3C2TxMXene可超高效地镇定细胞因子风暴

冠状病毒疾病2019（COVID-19）的爆发已演变成全球性健康危机。血清学测试表明，严重的肺炎患者会由于人体免疫系统过度激活而导致细胞因子风暴综合征（CSS），这是器官衰竭和死亡的主要原因之一。因此，缓解细胞因子风暴是治愈重症COVID-19患者并降低死亡率的关键。

扬州大学姚航探索了Ti3C2Tx MXene纳米片作为潜在的血液灌流吸收剂，以去除典型的细胞因子IL-6。我们发现，Ti3C2Tx MXene片材显示出超高的去除IL-6细胞因子的效率，这是传统活性炭吸收剂的13.4倍。更重要的是，全血测试已证明MXene片具有出色的血液相容性，这证明血液的常见成分在被MXene纳米片吸收剂纯化后不会受到干扰。这项工作可以开辟一条新的途径，将MXene片用作一种超高效的血液灌流吸收剂，以消除重度COVID-19患者的细胞因子风暴综合征。

参考文献：Wang, T., Sun, X., Guo, X., Zhang, J., Yang, J., Tao, S., Guan, J., Zhou, L., Han, J., Wang, C., Yao, H., Wang, G., Ultraefficiently Calming Cytokine Storm Using Ti3C2Tx MXene. Small Methods 2021, 2001108.

18. 瑞典乌普萨拉大学Hans Ågren（ACS Nano）：少层Nb2C MXene的应用:窄带光电探测器和飞秒锁模光纤激光器

MXenes已被广泛研究并应用于各个领域，例如能量存储和转换，生物医学，传感器，催化剂和非线性光子器件。作为MXene系列的第二个代表，近年来，碳化铌（Nb 2 C）已通过实验和理论模拟得到了广泛研究。而Nb2C NSs的光电特性引起了更多关注，而它们的潜在应用仍处于起步阶段。

瑞典乌普萨拉大学Hans Ågren通过结合酸性蚀刻和嵌入程序的便捷且可扩展的两步法合成了高质量的二维多层Nb2C NSs。分别通过三电极PEC系统和光纤激光器彻底探索了它们在光电化学（PEC）型光电探测器（PDs）和锁模器中的潜力。各种外部影响对Nb2C的光响应性能对基于PD进行了系统的研究，例如入射光的功率强度，电解质的浓度和偏置电位。观察到Nb2C NSs的波长依赖性光响应，表明Nb2C NSs在窄带PD中具有巨大潜力。还进行了密度泛函理论（DFT）计算，以更加了解基于Nb2C的局部放电的工作机制，并指导具有高性能的基于Nb2C的器件的设计。此外，Nb2C的宽带光吸收特性表明它在中红外（MIR）区域的超快光纤激光器中有潜在的应用，在光谱学，手术和MIR超连续谱生成。因此，需要探索在不同波长的被动锁模（PML）光纤激光器中使用几层Nb2C NSs作为可饱和吸收体（SA）。这项工作将大大拓宽2D MXene的应用前景，尤其是对于光电器件。

参考文献：Gao, L.;  Ma, C.;  Wei, S.;  Kuklin, A. V.;  Zhang, H.; Ågren, H., Applications of Few-Layer Nb2C MXene: Narrow-Band Photodetectors and Femtosecond Mode-Locked Fiber Lasers. ACS Nano 2021, 15 (1), 954-965.

本文由春国供稿。

本内容为作者独立观点，不代表材料人网立场。

未经允许不得转载，授权事宜请联系kefu#cailiaoren.com。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱: tougao#cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信：cailiaorenVIP。

分享到