多孔MXenes：合成，结构与应用

【研究背景】
     得益于可调控的复合物成分和表面官能团，MXenes在很多的应用领域得到了广泛的应用，如能量储存，电磁屏蔽，传感器以及生物医药。随着多孔结构的引入，MXenes在电导率和介电常数的控制，电磁波传输的调节以及其他功能材料的负载和分布具有独特的优势，因此，多孔MXenes在性能提升方面具有极大的潜力。近日，复旦大学赵东元院士团队在国际著名学术期刊Nano Today上发表综述文章，题目为Porous MXenes: Synthesis, structures and applications. 文章对近三年多孔结构MXenes的主要合成方法以及多孔MXenes在赝电容器、锂/钠离子电池、锂硫电池、电磁屏蔽与吸收、压阻传感器以及癌症治疗等领域的应用进行了总结，分析了在不同领域中多孔结构的形成机理。

【图文导读】
    根据合成方法与形成机理不同， 多孔MXenes可以分为四类：
    i) MXenes的组装
    ii) 在多孔基底中沉积或插入MXenes
    iii) 在MXenes表面负载或包覆功能化多孔材料
    iv) 在MXenes构造平面多孔（in-plane pores）

图1. 四种多孔MXenes合成路线与形成机理示意图。

图2. C₁₂E₆表面活性剂改进的层状结构MXLLC膜的形成机理与宏观、微观图像。空心MXene球与3DMXene膜的复合过程与微观形貌。

图3. MXene海绵的形成过程与MXene/rGO气凝胶的合成方法。

图4. 在剥离后的MXene表面原位生长超薄FeNi-LDH纳米片，形成多孔结构; Ti₃C₂@mMSNs-RGD多孔复合物的合成机理与形貌。

图5.化学刻蚀Ti₃C₂T_x得到多孔MXene结构的方法及其透射图像。(Mo_2/3Sc_1/3)₂AlC的刻蚀原理及刻蚀后的图像。

图6.Ti₃C₂MXene气凝胶作为锂金属负极材料。褶皱状N-Ti₃C₂T_x/S复合材料应用于锂硫电池。

图7. MXene泡沫的SEM图像及吸收性能。

图8.MXene@rGO气凝胶应用于压阻传感器。

图9. Ti3C2@mMSNs-RGD多孔复合物在癌症治疗领域的应用。
 
【总结与展望】
     MXenes虽然在上述讨论的研究领域取得了一定进展，对于未来的研究方向，是挑战与机遇并存的，
    i) 如何制备具有高度可控孔径与结构的有序多孔的MXenes？
   ii) 如何实现多孔MXenes组成成分与结构的同时优化？
   iii) MXenes纳米片表面丰富的缺陷与官能团使多孔结构可以成为其他功能材料负载的理想基底，如单原子催化剂，因此MXene基多孔复合物仍然需要进一步深入的研究；
   iv) 探索多孔MXenes其他潜在应用领域的可能性。
 
文献链接:

https://doi.org/10.1016/j.nantod.2019.100803

消息来源：微信公众号 MXene Frontier