Prog. Mater. Sci. (IF: 48.165) | 2d mxen och kol

Betydelsen av kol, ett av de viktigaste delarna i livet, är självklart. Sedan den paleolitiska eran har människor försökt använda kol för att tillgodose våra mest grundläggande behov. Idag har forskare framgångsrikt utvecklat fulldimensionella kolmaterial, från 0D kolkvantprickar, 1D-kolananorör eller band, 2D-grafen och 3D-kolskum, och så vidare har använts i stor utsträckning inom många fält. Därför spelar kolmaterial också en oerhört viktig roll i den värld vi lever i och tjänar våra liv. Den oöverträffade kostnadsfördelen gör det till en pionjär och ledare inom många applikationsfält, och det kan till och med integreras med andra material för att ha bättre prestanda inom vissa specifika områden.

Sedan upptäckten av 2D -grafen har många 2D -material studerats omfattande, såsom övergångsmetalloxider, övergångsmetallkalkogenider, främst inklusive sulfider och selenider, och övergångsmetallkarbider/nitrid, hexagonal bornitrid, skiktad LDH, 2D MOF, fosfen, fosfen, Germane, etc. Även om dessa 2D -material har en vanlig 2D -struktur som helhet, varierar de specifika fysiska och kemiska egenskaperna beroende på den kemiska sammansättningen, vilket också ger 2D -materialfamiljen ett brett utbud av tillämpningar. Bland dem är den skiktade övergångsmetallkarbiden den hetaste stjärnan under det senaste decenniet, den så kallade mxenen, på grund av dess guldliknande egenskaper hos elektrisk konduktivitet, ytrika funktionella grupper, såsom -f, -Oh och = O, Utmärkt hydrofilicitet och ytelektronegativitet och andra omfattande utmärkta egenskaper. Sedan det först syntetiserades 2011 har det blivit ett hett forskningsämne för forskare runt om i världen, eftersom vi vet att de flesta 2D-material uppvisar isolerande, halvledare eller halvmetalliska egenskaper, så upptäckten av Mxen är gryningen för 2D-materialet systemet. Inte bara det, jämfört med andra tvådimensionella ändliga komponenter, har Mxen en mycket rik mångfald baserad på olika atomlager, tack vare i planen eller utflykten metallatomordning, från M2X, till M3x2, till M4x3 och På senare tid M5x4, som ger mer än 100 möjliga komponenter till MXENE -materialsystemet. Detta är oöverträffat av något annat material hittills. Ännu viktigare är att enligt de olika etsningsförhållandena och metoderna i föregångarens maxfas kan ett stort antal funktionella grupper på ytan av Mxen regleras, så att den kan riktas enligt applikationsscenariot för att utforma den mest gynnsamma ytstrukturen . Van der Waals -kraften mellan mxenskikten kan övervinnas genom enkel ultraljudsfältassistans, i kombination med den elektrostatiska repulsionen som genereras av elektronegativiteten mellan mxenskikten, är det lätt att få en mycket spridande kolloidal lösning och ett sammansatt membran med ultra -Flexibilitet och ultrahög konduktivitet kan erhållas genom enkel extraktion och filtrering. På grund av denna utmärkta omfattande natur är 2D Mxene ett mångsidigt byggstenar vars tillämpningar sedan dess upptäckt sträcker sig från initial energilagring till katalys, avkänning, solceller och framväxande elektromagnetisk skärmning, vattenbehandling och biomedicin.

Det finns två sidor till allt, även om MXENE -material har många fördelar som ovan, men dess nackdelar i specifika applikationsfält som vi måste möta. För energilagringsapplikationer kan Mxenes höga elektriska konduktivitet och kemisk styrka lagra en stor laddning genom pseudokapacitansbeteende. Emellertid är den faktiska elektrokemiska prestanda för mxenbaserade elektrodmaterial strikt beroende av ytegenskaperna som kontrolleras av syntesförhållandena och står ofta inför allvarliga självstapande fenomen under långvariga laddning och urladdningscykler. Det hindrar starkt diffusionsbeteendet hos joner. Och sin egen period med högre molekylvikt har vanligtvis otillfredsställande teoretiska kapacitetsnivåer. Mxen i sin rena fas är också svårt att beskriva som att ha tillräcklig prestanda för katalytiska tillämpningar. För andra tillämpningar har en liknande situation varit ett stort pussel för forskare. Här är komposit, är det mest effektiva sättet, eftersom det kan kombinera fördelarna med olika komponenter, kombinationen av de två har en potentiell "kemisk reaktion", kan ge synergistiska effekter för mxenmaterial, ta essensen, gå drossen och Hjälp prestandan för mxenbaserade material till en ny nivå.

Här sammanfattar vi systematiskt den strukturella integrationen av "1 + 1> 2", det vill säga "XD Carbon + 2D Mxene = ∞". Enligt olika dimensioner av kolmatris, från låg dimension till hög dimension, 0D -kvantprickar till 3D -kolskelett, och integrationen av 2D Mxenkompositstruktur, för det första enligt olika typer av kolmatris och motsvarande olika hybridmetoder, sammanfattar papperet 2D och jämför. För det andra jämfördes strukturaktivitetsförhållandena mellan XD / 2D-kol / mxen heterostrukturer enligt syntesstruktur-prestationslogiken. Baserat på tidslinjen för den flerdimensionella kolmatrisen och Mxenkomplexet, från den initiala 1D CNTS-rekombinationen, 2D-grafenmontering, till den 3D-härledda kolbelastningen, och mer nyligen, förankring av 0D-kolkvantum, kan forskarna tydligt förstå utforskningsvenen. Från antalet publicerade artiklar är det inte svårt att se att antalet forskningsdokument relaterade till MXENE-material ökar år för år, bland vilka andelen forskning om Mxenbaserade kolkompositer också blir högre och högre, och Ännu viktigare är att det är mer och mer rikligt när det gäller typer, vilket är glädjande för Mxenes forskningsframsteg. I slutändan sammanfattades forskningsframstegen för Mxen-baserade kolkompositer och den framtida forskningsriktningen utsattes.