MXene有多火？看了这篇你才知道！

MXene · 简介

MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料（transition metal carbide/nitride）,其化学通式为Mn+1AXn, 其中(n = 1–3)，M代表前过渡金属，如Sc、Ti、Zr、V等；A通常代表第三主族和第四主族化学元素；X代表C或N元素，同时由于其与Graphene类似的片层结构，故而得名MXene。

MXene材料最早是在2011年由美国德雷克塞尔（Drexel）大学Yury Gogotsi教授和Michel Barsoum教授共同指导博士生Michael Naguib通过HF选择性刻蚀MAX相中的A原子层制备得到。最早被实验制备也是目前研究最多的一类MXene就是Ti3C2Tx。MXene独特的理化性质使其近年来在能源存储与转换，传感器，多功能聚合物复合材料等多个领域受到学界广泛关注。但MXene目前的研究趋势如何，主要研究团体的分布及其研究兴趣如何，未来的研究方向又在哪里？本期小编将为大家进行简要数据分析来帮大家对MXene领域研究有一个整体认识。

MXene · 发文数据分析

由于MXene在诸多领域大显身手，并频频登上各研究领域顶刊，近年来关于MXene的研究呈现爆发式增长。通过Web of Science数据库按照关键词“MXene”or“MXenes”进行主题检索，文献类型限制在“Article” and “Review”时进行简要分析，共检索到2500条结果，同时考虑到Web of Science收录期刊论文的滞后性，目前关于MXene的研究论文应高于此数值。

由柱状图可以看到，2018-2019年，以MXene为研究主题的论文数量呈现爆发式增长，其中2019年更是达到了980篇，同时，考虑到2020年4月份Web of Science已收录453篇，预测2020年底，MXene发文数量势必会达到新的峰值，这充分说明MXene已经成为材料研究领域的热点。

如此庞大的论文和结果产出，说明了MXene确实具有很好的科研价值乃至实际应用前景。那么，关于MXene的研究又主要集中在哪些领域呢？从学科方向分布可以发现，主要发文方向集中在材料科学类化学类，以及物理类。


考虑到材料学科属强综合性学科，存在方向重叠，为更进一步了解具体方向，可以对其出版杂志进行分析。统计结果显示，MXene相关paper在能源类期刊Journal of Materials Chemistry A（IF 10.733），在综合期刊ACS Applied Materials & Interfaces和ACS Nano上，MXene发文量也达到一百余篇。
同时根据小编近年来对MXene研究的追踪，在ACS Applied Materials & Interfaces和ACS Nano上涉及MXene的文章也有相当一部分是关于电化学能源转换与存储方面应用的工作，因此可以得出结论，现阶段关于MXene的主流研究仍然集中于能源转换与存储方向上。而这也正是与MXene的研究起源相吻合，2013年和2014年，MXene在刚刚“出道”不久便先后登上了Science和Nature正刊，这也为MXene在今后很长一段时间的研究指明了方向。值得注意的是，不光在ACS Nano，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.等顶级期刊有诸多关于MXene的报道，在Science以及Nature子刊等顶级学术期刊上，目前关于MXene的报道已有43篇之多，频率之高令人惊叹，这也充分说明了MXene的良好研究和应用前景。

那么，如此庞大的研究论文和成果产出，其质量如何呢，换句话说，研究人员们的研究是否深入，对于学术研究乃至MXene的实际应用是否有重要推进作用呢？从目前的高被引以及热点论文来看，其数量达到220篇，总占比约8.8%，这一方面说明MXene的关注度较高，另一方面也说明有相当一部分针对MXene的研究是受到相关研究人员高度认可的。
同时可以看到，作为MXene材料的发现机构，在高被引以及热点论文中，德雷克塞尔大学参与的MXene相关研究比例很高。然而分析研究经费来源可以发现，中国国家基金资助的研究在高被引以及热点论文中占比很大。这也是由于近年来科研国际合作加强的结果。

MXene ·研究现状

由以上数据综合来看，目前MXene的研究仍然以能源转换与存储为主流研究方向，其中多数研究仍以美国德雷克塞尔大学为主导，Yury Gogotsi教授团队和Michel Barsoum教授团队在MXene的基础研究方面取得了一系列开创性工作；悉尼科技大学汪国秀教授课题组也在催化以及二次电池领域取得了重要突破。此外，国内诸多研究团队也在MXene的制备及其能源领域应用中取得了一系列的突破性进展，如中国科学院宁波材料研究所黄庆教授团队，河南理工大学周爱国教授团队，北京化工大学徐斌教授团队等。

同时，随着近年来越来越多的研究人员开始研究MXene，其研究方向也得到了很大的拓展。如华南理工大学的王海辉教授团队在MXene膜分离领域进行开拓并取得了一系列成果。西北工业大学殷小伟教授团队在MXene吸波领域进行了系统研究；韩国高丽大学Chong Min Koo教授团队，北京化工大学于中振及张好斌教授团队则在MXene多功能电磁屏蔽领域取得了一系列成果；西南交通大学杨维清教授团队则在传感器和能源综合应用领域进行了一系列探索。

目前，中外诸多研究团队已取得了系列突破，如近期Yury Gogotsi报道了批量制备MXene的方法（Advanced Engineering Materials 22, 1901241, 2020），Michel W. Barsoum则实现了无水画刻蚀制备MXene （Chem 6.3: 616-630，2020）。此外，瑞士联邦理工学院联邦材料研究所张传芳研究员也基于MXene废弃沉淀，开发了高固含量、无添加剂的高导电水系墨汁，从而变废为宝，降低了器件生产成本（Advanced Materials, 2020, 2000716）。以上研究都为MXene的工业化应用提供了前提条件和很好的思路。

MXene · 结语

尽管针对MXene的研究已经受到广泛关注并取得了诸多进展，针对MXene的研究仍有很多课题亟待解决，如MXene暴露于水氧环境时的稳定性，是困扰诸多研究人员的主要问题之一，同时也是制约MXene实际应用的重要因素。其他问题诸如MXene缺陷工程实现性能控制，MXene与聚合物基体相互作用（相容性）等也都是未来的重要课题。MXene作为新兴的热门二维材料，在将来很长一段时间都将处于研究热门，相信通过国内外学者的合作，MXene的实际应用终将被实现。

MXene · 参考文献

1. Shuck et al., Scalable Synthesis of Ti3C2Tx MXene. Advanced Engineering Materials 22, 1901241 (2020)
2. Natu et al., 2D Ti3C2Tz MXene Synthesized by Water-free Etching of Ti3AlC2 in Polar Organic Solvents,Chem (2020),https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.019
3. Abdolhosseinzadeh. et al., Turning Trash into Treasure: Additive Free MXene Sediment Inks for Screen-Printed Micro-Supercapacitors, Advanced Materials, 2020, 2000716, DOI: 10.1002/adma.202000716
信息来源：DT新材料