国内课题组研究MXene有哪些最新进展？且看这十二篇论文！

MXene是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，是由MAX相处理得到的类石墨烯结构。MAX相的具体分子式为M_n+1AX_n( n = 1, 2 or 3)，其中M指的是前几族的过渡金属，比如Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或者Mo；A通常代表第三主族和第四主族化学元素；X指的是C或N元素。由于M-X具有较强的键能，A具有较活泼的化学活性，因此，可以通过刻蚀作用将A从MAX相中移除，从而得到类石墨烯的2D结构——MXene。由于MXene独特的性能，目前已经广泛应用于催化剂、离子筛分、光热转化、场效应晶体管、拓扑绝缘体和析氢反应。近年来，国内在MAX相结构材料和MXene能源材料领域均取得了显著的成绩，随着合成技术的发展和多学科交叉的深入探索，目前已经有越来越多的国内材料研究小组投身此类新颖材料的研究。

1.哈尔滨工程大学闫俊Adv. Funct. Mater.：原位锌模板制备高性能超级电容器的三维多孔MXene/石墨烯抗氧化结构

二维过渡金属碳化物和氮化物(又称MXene)因其独特的结构和可调谐的表面化学性质，赋予了MXene大量迷人的性能，MXene在储能领域具有巨大的应用潜力。然而，与其他二维材料类似，由于强烈的范德华力，相邻的MXene夹层不可避免地发生团聚和面对面的重新堆叠，严重地引起了电化学活性位点的严重损失，极大地限制了电解质离子的渗透性，因此，致密的MXene薄膜一般表现出低比电容(100-300 F g^-1)和较差的速率性能，仍需进一步改善。此外，MXene普遍倾向于在潮湿的空气、水中或在高温、水热和溶热条件下发生逐渐降解。为了解决上述巨大的挑战。哈尔滨工程大学闫俊教授课题组展示了一种高效快速的策略，通过自组装的方法，在室温下借助金属锌粉作为原位牺牲模板，然后进行冷冻干燥，从而有效地抑制了MXene可能发生的表面氧化，构建了3D多孔抗氧化MXene/石墨烯（PMG）架构。MXene和RGO纳米片相互交联形成三维多孔结构，由Zn²⁺作为交联剂与锌粉作为原位牺牲模板和还原剂进行诱导。这种独特的结构赋予了3D PMG复合材料作为超级电容器电极的超强电化学性能，如耐人寻味的比电容(2 mV s^-1时为393 F g^-1)，无与伦比的速率性能(10 V s^-1时为32.7%)，以及令人印象深刻的循环稳定性。此外，由于去除含氧终端基团，以及MXene和石墨烯纳米片之间的交联作为屏蔽剂，3D PMG复合材料还显示出显著的抗氧化性能。

 参考文献：Yang X, Wang Q, Zhu K, et al. 3D Porous Oxidation-Resistant MXene/Graphene Architectures Induced by In Situ Zinc Template toward High-Performance Supercapacitors[J]. Advanced Functional Materials, 2021: 2101087.

2.燕山大学彭秋明Adv. Funct. Mater.：宽温度锂金属负极的锂化MXene衍生物骨架

锂具有极低的氧化还原过电位(相对于标准氢电极为-3.04 V)和最高的理论比容量(3860 mAh g^-1，是石墨的10倍以上)，是极具潜力的Li-O₂和Li-S电池的电极材料，遗憾的是，由于形不受控制的枝晶生长和无限体积膨胀，导致短路和SEI膜的破裂。燕山大学彭秋明教授等人利用MXene的交联网络结构，提供快速的电子/离子传输通道的同时作为均匀的Li沉积的骨架，并在3D骨架中可以引入超嗜光材料，将Li沉积转移到远离隔膜/负极界面的地方，禁止Li枝晶的形成。此外，考虑到温度会显著影响金属锂电池的特性。比如，高温容易使电解液挥发而降低电池循环性能，而低温会降低锂离子的迁移率，加速枝晶生长。本文首次实现了通过熔融Li和MXene衍生的TiO₂/N掺杂碳反应制备的新型3D LiTiO₂-Li₃N-C混合负极，用于稳定的锂金属电池。团队证明了LiTiO₂-Li₃N-C是一种在剥离/电镀过程中体积膨胀接近零的混合负极。同时，在熔融制造过程中形成的Li₃N作为超亲光性中间相，引导Li沉积远离分离器/负极界面。此外，LiTiO₂-Li₃N-C在25℃下电流密度为1 mA cm^-2时，可在对称电池中提供2000小时的连续电镀/剥离循环寿命。更吸引人的是，即使在10 mA cm^-2的高电流密度下，对称电池也可以在-10℃和50℃下分别循环34小时和500小时。

参考文献：Wang J, Yang M, Zou G, et al. Lithiation MXene Derivative Skeletons for Wide‐Temperature Lithium Metal Anodes[J]. Advanced Functional Materials, 2021: 2101180.

3.福建师大李小菊Adv. Mater.：在MXene上实现的静电吸附和催化作用的离子共价有机纳米片，用于锂硫电池的隔膜

锂硫电池(Li-S)因其能量密度高、成本低而被认为是一种很有吸引力的储能系统，但其存在可溶性多硫化物的穿梭效应等最复杂的问题，这会导致容量衰减快、自放电严重、能量效率低、循环稳定性差。使用纳米结构材料作为硫宿主是缓解多硫化物穿梭的一种常用方法。虽然硫复合正极的设计和合成已经取得了很大的进展，但在高含硫、高载硫、高速率下实现高能量密度和超长寿命仍然是一个巨大的挑战。MXenes是一类二维过渡金属碳化物/碳氮化物，由于其高导电性、对多硫化物的两亲性和催化作用，在锂硫电池中具有广阔的应用前景。然而，MXene纳米片中一个不可克服的障碍是由于范德华引力和氢键相互作用导致的重新堆积，从而导致比表面积的大量损失和难以获得高浓度的多硫化物。其中一种有效的解决方法是将MXenes与多孔材料结合形成复合材料。二维共价有机框架(COFs)是由强共价键和周期性结构单元组成的一类有吸引力的多孔材料。COFs结构的独特性为多硫化物的吸附和传质带来了巨大的优势。然而，迄今为止还没有关于MXene与离子聚合物复合材料用于Li-S电池的报道。福建师范大学李小菊教授课题组提出了利用多硫化物的静电吸附和催化作用对聚丙烯隔膜进行改性的新策略。Ti₃C₂表面的胍基离子共价有机纳米片(iCON)作为PP隔膜的涂层。Ti₃C₂和iCON的协同效应为抑制多硫化物的穿梭效应，加速硫物质的氧化还原动力学，促进被截获多硫化物的高效转化提供了新的平台。该功能隔膜赋予碳纳米管/硫正极优异的电化学性能。在2℃条件下，2000次循环内平均每循环的容量衰减低至0.006%。在含硫量为90 wt%、含硫量为7.6 mg cm⁻²时，该隔膜仍能有效分离；在0.1 C时的可逆容量、面积容量和体积容量分别达到1186 mA h g⁻¹、9.01 mA h cm⁻²和1201 mA h cm⁻³。该工作为高性能Li-S电池的开发提供了一种很有前景的隔膜改造方法。

参考文献：Li P, Lv H, Li Z, et al. The Electrostatic Attraction and Catalytic Effect Enabled by Ionic-Covalent Organic Nanosheets on MXene for Separator Modification of Lithium-Sulfur Batteries[J]. Advanced Materials, 2021: 2007803.

4.河南大学肖助兵Small：在MXene上的层间Ostwald成熟诱导的自催化生长的CNTs用于锂硫电池

过渡金属碳化物、碳氮化物和氮化物(MXenes)具有极高的金属导电性、亲水性、催化活性和优异的力学性能，使其成为储能电极材料或水分解和N₂固定等电催化剂领域的新星。尽管有这些优势，分层的MXenes由于层间的氢键或范德华相互作用而容易自我重新堆叠，这导致表面面积的大量减少，阻碍离子转移和电解质的渗透。近年来，MXene与一些无机材料的杂化被认为是一种有效的策略。MXene基材可抑制附着颗粒团聚，缓冲施加在它们身上的机械应力，而附着的颗粒则起到楔形作用，减轻了相邻MXene层的重新堆积，从而最大化暴露活性位点，并使离子转移更为顺畅，并使电解质得以渗透。但是，在报道的方案中应用的绝大多数附着颗粒是金属氧化物和硫化物，通常具有较差的Li⁺扩散性和导电性，这带来了一些不利影响：1)这些低导电性粒子与MXenes杂化后，不可避免地形成了异质晶界和缝隙结，从而增加了MXene层的层间电荷转移电阻，从而阻碍了沿垂直方向的电子转移。2)由于制备条件苛刻，杂化产物中的大多数MXenes与M_n+1X_nT_x前体相比表现出更高的氧化度，这破坏了其结构所附带的金属导电性等特殊性能。因此，探索高完整性、富含活性位点、丰富且分布良好的纳米孔隙的高导电无机-纳米-MXenes杂化材料很有意义。河南大学肖助兵教授课题组报道了在不添加任何催化剂前体的情况下，通过在Ti₃C₂T_x纳米片上进行CNTs的低温自催化生长，原位生成的Ti₃C₂T_x MXene -碳纳米管(Ti₃C₂T_x-CNTs)杂化物。结合光谱研究和理论计算结果，证实了层内Ostwald熟化诱导的Ti₃C₂T_x纳米网状结构有助于超细金属Ti催化剂在Ti₃C₂T_x上均匀析出，从而在Ti₃C₂T_x表面形成高完整性的原位CNTs。Ti₃C₂T_x-CNTs杂化材料具有亲和的电解液渗透、无障碍的三维Li⁺/e传输、丰富的电活性位点等优点，证实了Ti₃C₂T_x-CNTs杂化物是高负载锂硫电池容纳硫和调节多硫化物转化的理想3D支架。

参考文献：Xu M, Liang L, Qi J, et al. Intralayered Ostwald Ripening-Induced Self-Catalyzed Growth of CNTs on MXene for Robust Lithium-Sulfur Batteries[J]. Small, 2021: 2007446.

5.吉大韩炜和中科院半导体所沈国振Adv. Funct. Mater.：可控组装的MXene纳米片作为高性能电子皮肤的电极和活性层

MXene具有出色的导电性，机械柔韧性和水分散性、丰富的化学成分、可调节的表面端接以及可控的制备工艺，被广泛用于柔性电子产品。具有高灵敏度、便携性和可折叠性的电子皮肤在人工智能、人机交互、健康监测、软性机器人和疾病检测等方面的应用受到了极大的关注。柔性压力传感器一般由柔性基板、活性层和导电电极组成。开发这种传感器的基本要求是具有相当大的弯曲应变能力、高灵敏度、低驱动电压、快速响应时间和优良的稳定性。活性层的结构和形态被认为是提高柔性器件压敏响应的关键因素。这种电极必须在弯曲周期内与传感薄膜相容，并保持其高导电性。吉林大学韩炜教授和中科院半导体所沈国振团队成功地制造了一种高性能的基于MXene/PAN复合膜的柔性压力传感器，其电极为均匀的Ti₃C₂Tx MXene。这种柔性器件具有优异的压力传感性能和抗机械弯曲的稳定性。它还具有1.5Pa的低检测限和30 ms的快速响应时间。这种传感器的灵敏度比采用传统Ni、Cu、Au或Ag电极的类似传感器高出≈2-20倍。此外，我们利用制作的基于MXene@PAN的柔性压力传感器成功地检测到了脉冲、声音信号等人体生命活动，证实了其广阔的应用前景。

参考文献：Fu X, Wang L, Zhao L, et al. Controlled Assembly of MXene Nanosheets as an Electrode and Active Layer for High-Performance Electronic Skin[J]. Advanced Functional Materials, 2021: 2010533.

6.中国石油大学吴明铂Adv. Funct. Mater.：通过在MXene纳米片上键合多金属氧酸盐纳米粒子来提高赝电容和高负载储锂/钠

混合型超级电容器结合了金属离子电池和超级电容器的优点，代表了许多当前和新兴应用的有前途的电源。通常情况下，混合型超级电容器以锂离子电池或钠离子电池的阳极作为能量来源，以超级电容器的阴极作为蓄能器。由于阳极和阴极分别涉及不同的工作机理，促进混合型超级电容器实用性能的关键是合理协调这两个不同的电极。电池型负极利用迟缓的离子扩散过程进行能量存储，而电容型正极则通过快速的表面吸附/解吸来存储电荷，要充分挖掘混合型超级电容器的潜力，必须解决这两种电极之间的不平衡动力学问题。因此，迫切需要具有多电子参与氧化还原反应、能够快速转移锂/钠离子的电池型电极材料。 为此，可行的解决方案是在锂/钠存储的氧化还原活性位点与促进电荷转移的导电基板之间形成稳定的连接。中国石油大学吴明铂教授课题组报道了通过合理利用它们之间的相互作用，在MXene即Ti₃C₂X纳米片上原位生长出致密均匀分散的Mo和Fe基POM(MF POM)纳米颗粒，从而实现了具有速率能力的锂/钠存储。Ti₃C₂X纳米片由于其金属导电性，可以实现有效的电子转移，而POM纳米颗粒则禁止了其强烈的再堆积倾向。这两种成分之间的协同作用，使得锂/钠储能即便在高质量负荷下也能表现出高比容量、高倍率和出色的稳定性。基于该电极材料制造了锂离子电容器(LIC)和钠离子电容器(SIC)，具有高能量密度、大功率能力和优异的循环稳定性。

参考文献：Chao H, Qin H, Zhang M, et al. Boosting the Pseudocapacitive and High Mass-Loaded Lithium/Sodium Storage through Bonding Polyoxometalate Nanoparticles on MXene Nanosheets[J]. Advanced Functional Materials, 2021: 2007636.

7.深圳大学韩素婷Adv. Funct. Mater.：用于多模态传感器计算的MXene‐ZnO忆阻器

物联网和人工智能的发展诱发了传感节点的快速增长，产生了大量非结构化的冗余原始数据。在传统的设计中，模拟传感数据最初通过模数转换转化为数字数据，然后存储在存储器单元中。通过在存储器和本地计算单元之间传输数字数据来进一步完成计算任务，传感器、存储器和数据处理单元分离的架构导致数据获取延迟和功耗相对较高。因此，有人提出通过单个传感器或多个连接传感器直接处理信息的传感器内计算，以提高人工智能系统的能量、面积和时间效率。目前的研究主要集中在单一的感觉加工上，如听觉、视觉、触觉、嗅觉等。而人类的感知系统可以同时感知和处理复杂环境和处理不同类型的信息。因此，迫切需要探索一种具有光和质子相关信号处理功能的智能设备，以模仿人眼在不同环境下的适应行为。MXene是一种新的二维过渡金属碳氮化物、碳化物和氮化物家族，由于其溶液加工性和耐人寻味的物理化学特性，在能量转换和存储等许多领域成为一类很有前途的二维材料。深圳大学韩素婷教授课题组展示了基于柔性膜电阻单元的多模态内传感器计算，每个单元都由MXene纳米片/ZnO纳米颗粒（NPs）异构组成。金属MXene与半导体ZnO NPs相结合可确保记忆电阻器的适当电阻状态。此外，端接OH键的Ti3C2具有高亲水性，可与光活性ZnO NPs结合，电阻开关特性可以通过改变光强度或湿度来调制，质子/光子介导的可塑性允许记忆电阻交叉杆将光/质子传感与神经形态计算相结合。在传感器计算中，使用MXene‐ZnO记忆电阻作为滤波器预处理信息和突触，以实现具有不同湿度适应性的权重更新过程。传感器内多模态计算提供了降低传统神经形态视觉系统潜在电路复杂性的潜力，并有助于设备级实现智能的发展。

参考文献：Wang, Yan, et al. MXene-ZnO Memristor for Multimodal In-Sensor Computing.Advanced Functional Materials (2021): 2100144.

8.北京化工大学万鹏博ACS Nano：可愈合、可降解、导电的MXene纳米复合水凝胶用于多功能表皮传感器

导电水凝胶作为下一代柔性表皮传感器材料，凭借其良好的柔性和信息获取的高灵敏度，将生理活动信号转化为可检测的电子信号，引起了越来越多的关注。但是，现有的导电水凝胶力学性能较差，在拉伸过程中不可避免地受到损伤，严重阻碍了其在柔性表皮传感器中的实际应用。同时，与传统的水凝胶基传感器监测人体各种运动相比，肌电图(EMG)和心电图(ECG)信号等电生理信号的检测对心脏和肌肉相关疾病的诊断和治疗具有重要意义，因此，迫切需要开发具有自主自愈能力和环境降解能力的导电水凝胶基表皮传感器来检测人体生理和电生理信号。MXenes作为一种过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，在电磁干扰屏蔽、催化剂和电化学储能等领域具有广阔的应用前景。具有丰富的表面官能团(-OH、-F、-O等)的大比表面积和高导电性，使其有望提高水凝胶基表皮传感器的力学性能和导电性。北京化工大学万鹏博研究员课题组提出了一种基于高拉伸、自愈合、可降解、生物相容性的纳米复合水凝胶的多功能表皮传感器的合成策略。该复合水凝胶是由聚丙烯酸和无定形碳酸钙组成的水凝胶聚合物网络对MXene (Ti₃C₂T_x)网络进行共形涂层制造而成。该表皮传感器可用于灵敏检测人体运动，响应时间快(20ms)，并可作为无线监测电生理信号(如肌电图和心电图信号)的电子皮肤。同时，多功能表皮传感器可在磷酸盐缓冲盐溶液中降解，不会对环境造成污染。这一领域的研究工作为可愈合、可降解和电生理信号敏感的导电水凝胶表皮传感器的制造提供了线索，这些传感器在人机交互、健康诊断和智能机器人假肢设备方面有潜在的应用前景。

参考文献：LI, Xiaobin, et al. Healable, Degradable, and Conductive MXene Nanocomposite Hydrogel for Multifunctional Epidermal Sensors. ACS nano, 2021.

9.吉大韩炜和中科学半导体所王丽丽ACS Nano：碳强化Nb₂CT_x MXene/MoS₂纳米片作为钠离子电池的高倍率和高容量负极

在金属硫化物中，MoS₂因其高能量密度和分层结构而备受关注。MoS₂的层间范德华吸引力比较弱，因此具有较高的比表面积和较大的离子插层间隔。MoS₂在锂离子电池中具有很高的理论容量和优异的性能，但由于钠离子半径较大(与锂离子半径相比)嵌钠造成的体积膨胀更为剧烈，因此，应用在钠离子电池中仍存在容量低、循环稳定性差等问题。

与MoS₂相比，Nb₂CT_x具有较低的钠扩散势垒、优良的电导率和较多的表面官能团。因此，Nb₂CT_x是一种潜在的钠离子电池负极材料。吉林大学韩炜教授和中国科学院半导体研究所王丽丽教授等人开发了涂碳Nb₂CT_x MXene骨架MoS₂纳米片(Nb₂CTx@MoS₂@C)，并构建了坚固的三维交联结构。在这样的设计中，高导电性的Nb₂CT_x MXene纳米片可以防止MoS₂片的再堆积，并为电荷转移和扩散提供有效的通道。此外，分层碳涂层具有一定的体积弹性和优良的导电性，保证了钠离子的嵌入，既有利于快速动力学，又有利于长期稳定性。Nb₂CT_x@MoS₂@C负极在200次循环后，在0.1 A g^-1的条件下，可提供530 mA h g^-1的超高可逆容量，并且在1.0 A g^-1的条件下，在2000次循环中，容量为403 mA h g^-1，每个循环的降解率仅为0.01%，具有非常长的循环稳定性。此外，在倍率性能方面，这种负极从0.1到1 A g^-1的容量保持率约为88.4%。最重要的是，Nb₂CT_x@MoS₂@C负极可以在20甚至40 A g^-1的电流密度下实现快速充放电，容量分别为340和260 mAh g^-1，这将增加实际应用钠离子电池的数量。

参考文献：YUAN, Zeyu, et al. Carbon-Reinforced Nb₂CT_x MXene/MoS₂ Nanosheets as a Superior Rate and High-Capacity Anode for Sodium-Ion Batteries. ACS nano, 2021.

10.兰州大学吕少瑜ACS Appl. Mater. Interfaces：超拉伸MXene复合水凝胶作为双向应力响应触变传感器

生物智能传感技术的发展和应用已经深入到我们的生活中。然而，力学性能低、信号传输不灵活、信号输出不敏感等问题限制了生物传感器的发展。为了解决这些难题，水凝胶基生物传感器因其优异的软拉伸性能、特殊的导电骨架和复杂的3D离子通道而被设计开发出来。MXene由于其独特的高电子迁移率和片间储能特性，拓展了导电水凝胶作为生物传感器的发展和应用前景。MXene纳米复合有机水凝胶，可在低温下进行350%的应变传感。但以往报道的MXene复合导电水凝胶，由于其力学性能不足，导致传感拉伸应变不能超过1000%，大应变后水凝胶不能恢复或保持原来的形状，即使具有大应变传感能力，也无法在微小局部集中应力刺激下实现动态传感，从而限制了MXene复合水凝胶作为柔性传感器的应用。兰州大学吕少瑜教授课题组开发了一种超拉伸的MXene复合导电水凝胶，拉伸应变超过1800%。该水凝胶被用作柔性可穿戴传感器，以实时检测人体运动信号。利用该传感器实现了高灵敏度，可以辨别人体关节弯曲、喉部发声、吞咽和脉搏跳动等多方向的人体运动。此外，观察到MXene复合水凝胶在卸载反向压应力后具有快速回弹力，能够在微压区域快速产生特定的电流响应而不留下任何痕迹。这种触变传感器实现了对双向应力的快速响应，在人体运动检测和国防信息加密领域具有巨大的应用前景。

参考文献：CHEN, Siqi, et al. Superstretching MXene Composite Hydrogel as a Bidirectional Stress Response Thixotropic Sensor. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021.

11.ACS Appl. Mater. Interfaces：羟基促进的氮还原反应：表面氢在功能化MXenes中的重要作用

氨(NH₃)是一种重要的工业原料，广泛用于生产化肥、制冷剂和其他化学品。电化学氮还原反应(NRR)是一种替代Haber-Bosch工艺(HBP)的有前途的技术，通过N₂和H₂O的反应，在常温条件下实现绿色NH₃的生成。该工艺的核心是寻找能够提高NRR活性和选择性的有效催化剂，这仍然是一个巨大的挑战。2D MXenes由于具有暴露的活性位点和高导电性的优点，已经被广泛研究用于电催化NRR。同时，一些理论研究表明，没有末端基团的MXenes可以有效地激活N₂，催化NRR。然而，裸露的MXenes表面是非常活泼的，因为暴露的金属原子往往会随着外加电位和pH值的变化而终止。因此，以往基于裸露MXenes的NRR研究值得商榷，这就需要重新研究功能化的MXenes，探索新的反应机理，以阐明实际的催化过程，追踪缺失的化学成分。德国不莱梅大学Thomas Frauenheim教授和澳大利亚昆士兰科技大学寇良志教授等人根据Pourbaix稳定性图，研究了几种具有羟基(OH)末端的MXenes (Ti₂C、V₂C、Cr₂C、Zr₂C、Nb₂C、Mo₂C、Hf₂C、Ta₂C)在NRR操作条件下的优先结构。结果表明，OH作为一种新的表面羟基化机制，在NRR化学调节中起着重要作用。与广泛接受的NRR机理中只有质子参与反应不同，表面羟基的氢(H)原子可以被中间体捕获并参与NRR反应，而剩余的H空位随后可以在外加电位下被质子自我修复。表面羟基化的协同作用可以有效提高NRR，而Mo₂C(OH)₂以-0.62 V的极限电位和最高的选择性脱颖而出。此外，建立了新的基于H空位能的尺度关系，阐明了结构-活性调控的可能性。该研究不仅阐述了表面OH功能化在评价NRR性能中的重要作用，而且为推进NH₃的可持续生产提供了新的见解。

参考文献：LV, Xingshuai; KOU, Liangzhi; FRAUENHEIM, Thomas. Hydroxyl-Boosted Nitrogen Reduction Reaction: The Essential Role of Surface Hydrogen in Functionalized MXenes. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021.

12.浙大王新华和广西大学刘海镇ACS Appl. Mater. Interfaces：V₂C和Ti₃C₂ MXenes的组合提高了MgH₂的储氢性能

氢氧化镁(MgH₂)具有较高的氢密度(7.6 wt %)和良好的可逆性，是一种理想的储氢材料。但其热稳定性高，且动力学很慢，严重限制了实际应用。二维过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)及其衍生物因其特殊的物理和化学性质对储氢材料也有积极的影响。浙江大学王新华教授和广西大学刘海镇助理教授等人通过剥离V₂AlC或Ti₃AlC₂合成了2D碳化钒(V₂C)和碳化钛(Ti₃C₂) MXenes，并将其共同引入氢氧化镁(MgH₂)中，以调整MgH₂的氢解吸/吸收性能。制备的MgH₂-V₂C-Ti₃C₂复合材料比纯MgH₂具有更好的储氢性能。其在MgH₂中加入10 wt %的2V₂C/Ti3C₂，与仅添加V₂C或Ti₃C₂相比，V₂C和Ti₃C₂的组合促进了MgH₂的释氢过程，而在常温下MgH₂的吸氢过程中，Ti₃C₂对MgH₂的影响比V₂C更为显著。他们提出MgH₂-V₂C-Ti₃C₂体系释放和吸收氢的可能机制如下：在解吸过程中，氢原子或分子可能优先通过MgH₂/V₂C/Ti₃C₂三晶界转移，在吸收过程中，氢原子或分子可能优先通过Mg/Ti₃C₂界面转移。微观结构研究表明，V₂C和Ti₃C₂主要是MgH₂的高效催化剂。该工作对两种MXenes组合促进MgH₂的储氢行为和机制进行了深入研究。

参考文献：LIU, Haizhen, et al. Combinations of V₂C and Ti₃C₂ MXenes for Boosting the Hydrogen Storage Performances of MgH₂. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021.

本文由棉花糖供稿。

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