MXene：能量存储和转换领域的黑科技，让电池更强劲，太阳能更高效！

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文章概览

二维碳化铌（Nb2C）是新兴的MXene家族的一员，最近引起了材料科学、物理、化学和纳米技术等各个领域的关注。在这篇综述中，重点介绍了 Nb2C 的材料特性、合成策略以及在储能器件、催化和光伏器件中的应用。首先介绍其合成方法、结构特征以及显着的化学和物理性质。然后讨论了形态、官能团和电解质对电化学储能装置的影响，并介绍和比较了各种 Nb2C 基电池和超级电容器的进展。接下来总结Nb2C MXene在电催化和光催化析氢反应中的最新进展。最后介绍了Nb2C MXene 作为有机和钙钛矿太阳能电池中电荷传输层的实现。 

这些例子涵盖了不同的架构、界面配置和功能化方法，展示了 Nb2C 作为新兴能源材料的广阔前景。它们还激励研究人员提出创新材料设计，以提高器件性能并扩展 Nb2C MXene 的可能应用。

精彩呈现

• 描述了 Nb2C MXene 的结构、光学和电子特性。

• 总结了二维 Nb2C 在各种储能器件中的应用的最新进展。

• 探讨了用于析氢反应的Nb2C基复合催化剂的设计、性能和前景。

• 介绍了 Nb2C MXene 合成方法的现状。

图文参考

图1.   元素周期表突出显示了 MAX 相和 MXene 材料及其表面末端基团的构造所涉及的元素。每组元素都通过不同的颜色进行区分。

图2.    不同已知 MXene 的 MAX 相和 MXene 相的化学式。

图3.    Nb2C MXene 通过 HF 酸蚀刻从其 Nb2AlC MAX 相合成，并使用脱层剂获得剥离的纳米片。

图4.    2D Nb2C MXene 材料的各个应用领域。

图5.    过去 12 年 Nb2C MXene 的时间表和发表数量（数据来自 Web of Science）。

图6.    使用 Nb2C MXene 材料的光催化 HER 反应。

总结

MXene 家族于 2011 年首次被发现，此后，许多新型 MXene 被合成和研究。尽管 Nb2C MXene 材料早在 2013 年就被发现了，但近年来人们对这些材料的兴趣激增。Nb2CTx 具有优异的导电性和接近于零或非常小的带隙。此外，通过官能团的灵活组合可调节电导率，具有很强的适用性。综述的第一部分涵盖了 MXene 家族成员的历史、材料特性以及 2D Nb2C MXene 材料的各种合成方法。综述的第二部分重点关注二维 Nb2C MXene 在储能器件和能量转换技术方面的最新发展。由于其独特的二维层状结构、丰富的表面终端、优异的金属导电性和插层赝电容，二维Nb2C MXene材料有助于提高储能器件的能量和功率密度。我们涵盖基于Nb2C的电化学储能装置的研究，包括锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和超级电容器。氢能是绿色能源的重要组成部分，水电解是清洁的氢源。然而，水分解是一种非自发反应，需要能量来启动和维持稳定性。将贵金属Pt引入电催化剂中可以有效提高水分解的效率，但该技术成本昂贵且不易规模化。因此，寻找贵金属电催化剂的替代品对于绿色能源技术至关重要。MXene 催化剂在电化学反应中的应用前景广阔，包括 HER、ORR、OER 和 NRR。过渡金属氮化物可用于开发优异的电催化剂来替代贵金属基电催化剂。本综述探讨了二维 Nb2C MXene 材料及其异质结构作为电催化剂和光催化剂的最新研究。例如，研究人员已经证实，Nb2O5/C/Nb2C复合光催化剂由于异质结处光生载流子的高分离效率而具有优异的光催化产氢效率。这些例子表明，设计和实现新型纳米复合材料是未来利用2D Nb2C MXene开发高效催化材料的重要方向。

* 资料来源于：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112046