北京航空航天大学Materials Today Physics：基于MXenes传感相关综述论文

youyoucao 3年前 (2021-12-01) 4995浏览

近日，北京航空航天大学单光存教授团队与西工大黄维院士合作在中科院1区期刊Materials Today: Physics 发表题为“Two-dimensional transition metal carbides and/or nitrides (MXenes) and their applications in sensors” 的长篇综述。

图1. 概述MXenes的制备，性质和传感应用

自2011年，由美国德雷塞尔大学（Drexel University）Yury Gogotsi等人制备成功新的二维家族MXene引起了人们的广泛关注。MXene是一类具有M_n+1X_nT_x元素构成的，其中M代表早期过渡金属元素, X代表C或者N。T代表二维材料表面的基团(-O, OH, -H等)，n通常取值为1-3。MXene由于其独特的结构和性能，在电子、能源等领域具有广阔的应用前景。因此，新型二维材料的合成、性能和应用已成为科学技术领域中最令人兴奋的领域之一。MXene具有独特的物理化学性质，如金属导电性、亲水性、离子迁移率高、比表面积大、易于功能化和良好的生物相容性。这些独特的性质为2D MXene材料在储能、催化、传感、电磁屏蔽、水净化和透明导电膜等领域的广泛应用提供了巨大的潜力。MXenes由于具有高的金属导电性、亲水性和较大的比表面积，在传感器领域引起了广泛的关注, 被认为是一种革命性的2D材料。MXenes有望超越现有传感器技术的界限，并可作为替代传感器材料使用。由于MXenes的基本特性满足了对替代传感器材料的要求，因此基于MXene的传感器技术在过去几年中一直在迅速发展也取得较大的进展。近年来，基于MXene的传感器因其可以提高传感器的性能而引起了越来越多的关注。

基于此，该综述系统介绍了MXene材料的结构、主要合成方法和性能，总结了MXenes及其复合材料在压力传感器、应变传感器、气体传感器、湿度传感器、温度传感器、电化学（生物）传感器和光学/光电传感器的最新进展。讨论了各种传感器的传感机理、制备方法、性能比较和应用领域，特别讨论了提高传感器性能的方法与策略。最后讨论并展望未来的机遇和挑战。该综述论文分为三大部分：（1）MXenes的结构、制备和性能，包括MXenes结构 (如图2)，MXene制备方法的最展进展(如图3, 包括选择性酸湿法刻蚀、无酸环境刻蚀、熔融盐刻蚀、碳化、无水刻蚀和紫外线诱导刻蚀等)和MXense的性能分析。（2）MXenes在传感器中的应用。（I）MXenes在压力传感器中的应用，总结了提高传感器性能的方法与策略，如图4所示。（II）MXenes在应变传感器中的应用，如图5所示。（III）MXenes在气体传感器中的应用, 如图6所示。（IV）MXenes在湿度传感器中的应用, 如图7所示。（V）MXenes在温度传感器中的应用, 如图8所示。（VI）MXenes在电化学(生物)传感器中的应用, 介绍电化学（生物）传感器，包括检测H₂O₂、葡萄糖、全血、多巴胺、癌症生物标记物、药物、细胞、DNA和环境污染物的各种电化学（生物）传感器, 如图9-12所示。（VII）MXenes在光学／光电传感器中的应用, 如图13所示。（3）讨论并展望未来的机遇和挑战。

本文展望了MXenes在压力传感器、应变传感器、气体传感器、湿度传感器、温度传感器、电化学（生物）传感器和光学/光电传感器应用方面的前景与机遇。