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Adv. Funct. Mater. MXene特刊:8篇顶级好文带你回顾过去展望未来

文章来源:北科新材 浏览次数:83时间:2020-08-10 QQ学术交流群:1092348845

MXene作为新兴二维纳米材料,近年来受到材料科学等交叉学科领域的研究人员广泛关注。小编在前几期的内容中曾通过WOS数据为大家整理介绍了当前MXene的研究状况(文末有链接)。无巧不成书,材料学科顶级期刊Adv. Funct. Mater.(IF 15.621)于近日上线MXene特刊,其中包括三篇综述,一篇进展报告,以及四篇研究论文,从而为大家展示MXene研究所取得的进展。 此次的8篇文章涵盖了多个研究领域,相关作者均在MXene不同研究领域取得了进展。接下来小编将为大家进行简要介绍。


【Review & Progress report】


一、中科大宋礼&陈双明:MXene的表面控制和层间工程


MXene具有独特的层状结构与表面化学性质,这正是为MXene提供良好应用前景的重要因素。实际上,通过控制表面官能团和层间间距,MXene的内在特性是高度可调的。此外,同步辐射X射线表征在探索MXene的性质与结构之间关系方面具有巨大潜力。特别的,原位X射线测试可以帮助我们更好地了解MXene基能源存储材料的动力学。在这篇综述中,中国科技大学的宋礼教授和陈双明副研究员对MXene的表面控制,层间工程以及基于MXene的同步加速技术表征的最新研究进行了全面总结。同时针对MXene的前景以及相关的先进X射线表征技术也进行了讨论。

图1. MXene的制备,表面控制,层间工程,以及相应同步辐射表征示意图


二、大连化物所吴忠帅教授:MXene基纳米结构材料在金属离子电池中的研究进展


近年来,MXene作为金属离子电池电极材料,展现出了良好的应用前景。其极好的电导率,表面官能团,对金属离子扩散的低能垒以及较大的用于离子嵌入的层间距为构建具有高能量密度和功率密度的金属离子电池(MIB)提供了很好的机会。因此,大连化物所的吴忠帅教授课题组针对用于高性能MIB的MXene基纳米结构的最新进展进行综述。从锂离子电池体系到非锂离子(Na+,K+,Mg2+,Zn2+,Ca2+)离子电池体系, MXenes无论是作为活性材料,导电基材,还是集流体,都显示了良好的应用前景。此外,作者针对含有不同维度(0D,1D和2D)活性材料的MXene基杂化材料,从不同杂化方式(负载,包覆,三明治结构)入手,对不同MIB体系中MXene与活性材料之间的协同作用与反应界面进行了详细阐述。最后,作者也简要讨论了MXene基纳米结构材料面临的挑战和研究前景。

图2.MXene基纳米结构材料在不同MIB体系中的应用


三、华南师范大学王静&李来胜:基于MXene的光热转换纳米材料


MXenes除了在电化学储能方面具有优势,近年来,其在光热转化领域也展现了良好的应用前景。MXene具有出色的电磁波吸收能力和局部表面等离子体共振效应,从而表现出良好的光热转换性能。光热转换是一种利用太阳能的有效方法,它可以将太阳能转换为热能,从而使MXenes可以应用于各种领域,例如太阳能转换制蒸汽和生物医学。但是,到目前为止,对MXenes的光热功能的关注很少。本文中作者对MXene光热转换的最新进展进行了综述,以全面了解其光热转化机理和应用。首先,作者简要概述了MXenes及其纳米复合材料的合成策略,然后了讨论光热转化机理及其光热应用的最新进展。

图3. MXene光热转化示意图


四、KIST&高丽大学Chong Min Koo:基于2D MXene的电磁屏蔽研究进展


自2016年首次有关于2D Ti3C2Tx的电磁屏蔽(EMI)的研究报道以来,MXenes凭借其出色的屏蔽性能,出色的金属导电性,低密度,大的比表面积,可调节的表面化学性质和溶液的可加工性。 MXenes在材料研究界引起了极大的兴趣,近3年来,有关MXenes的电磁屏蔽的报道超过100种。为了进一步改善MXene的EMI屏蔽性能,研究人员研究并报道了基于不同微观结构的MXene基复合/杂化材料:如层压板材结构,层层自组装结构,多孔泡沫/气凝胶,以及隔离结构等。实验表明,不同结构确实会导致材料电磁屏蔽性能的差异。本文全面回顾了具有不同结构形态的MXene基电磁屏蔽材料的最新进展,从而为解决电磁屏蔽材料目前面临的挑战提供指导。

图4. 基于MXene的电磁屏蔽材料研究趋势


【Full Paper】


除以上综述文章外,本期的AFM还在线出版了多篇关于MXene的研究论文,其中包括:1.东南大学孙正明教授&章炜副教授理论结合实验对于氮掺杂Ti3C2 MXene的系统研究;2.北京化工大学徐斌教授团队利用原位冰模板法制备柔性MXene膜用于高性能超级电容器;3.伦敦大学学院Yohan Dall‘Agnese&吉林大学高宇&德雷克塞尔大学Yury Gogotsi三团队合作的具有大层间距的柔性Nb4C3Tx薄膜用于高性能超级电容器;4.北航孙志梅教授&周健副教授:具有高效电催化性能的二维过渡金属碳化物用于全水解及ORR。限于篇幅小编在这里就不进行详细介绍,有兴趣的同学可通过文末链接阅读原文献。


【总结】


近年来,MXene的研究已然成为材料领域的热点,而此次Adv. Funct. Mater.的专刊也为我们展示了MXene在能源存储、光热转换、电磁屏蔽等诸多领域的良好研究和应用前景。同时,基于MXene的研究也面临诸多挑战,相信这一领域的研究会随着一个又一个问题的解决而取得长足的进步。


【参考文献】


1.Tuning 2D MXenes by Surface Controlling and Interlayer Engineering: Methods, Properties, and Synchrotron Radiation Characterizations. Changda Wang, Shuangming Chen, Li Song. DOI: 10.1002/adfm.202000869


2.Recent Advances and Promise of MXene‐Based Nanostructures for High‐Performance Metal Ion Batteries. Yanfeng Dong, Haodong Shi, Zhong‐Shuai Wu. DOI: 10.1002/adfm.202000706


3.Insights into the Photothermal Conversion of 2D MXene Nanomaterials: Synthesis, Mechanism, and Applications. Dingxin Xu, Zhidong Li, Laisheng Li, Jing Wang. DOI: 10.1002/adfm.202000712


4.2D MXenes for Electromagnetic Shielding: A Review. Aamir Iqbal, Pradeep Sambyal, Chong Min Koo. DOI: 10.1002/adfm.202000883


5.Nitrogen-Doped Ti3C2 MXene: Mechanism Investigation and Electrochemical Analysis. Chengjie Lu, Li Yang, Bingzhen Yan, Liangbo Sun, Peigen Zhang, Wei Zhang, ZhengMing Sun. DOI:10.1002/adfm.202000852


6.In Situ Ice Template Approach to Fabricate 3D Flexible MXene Film‐Based Electrode for High Performance Supercapacitors. Peng Zhang, Qizhen Zhu, Razium A. Soomro, Shiyu He, Ning Sun, Ning Qiao,  Bin Xu. DOI: 10.1002/adfm.202000922


7. Flexible Nb4C3Tx Film with Large Interlayer Spacing for High‐Performance Supercapacitors. Shuangshuang Zhao, Chaofan Chen, Xin Zhao, Xuefeng Chu, Fei Du,  Gang Chen,  Yury Gogotsi,  Yu Gao,  Yohan Dall‘Agnese. DOI: 10.1002/adfm.202000815


8.Novel 2D Transition‐Metal Carbides: Ultrahigh Performance Electrocatalysts for Overall Water Splitting and Oxygen Reduction. Yadong Yu, Jian Zhou, Zhimei Sun. DOI: 10.1002/adfm.202000570

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