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【研究背景】

截至目前，石墨烯材料所取得的巨大成功激活了寻找新型2D层状无机材料的无限研究兴趣，如硅烯，黑磷，过渡金属二硫化物（TMDs），过渡金属氧化物（TMOs），石墨化碳氮化物（g-C₃N₄）和MXenes。在块体结构中，这些材料具有特征性的稳定的层间共价键以及较弱的层间范德华相互作用。与此同时，其稳定的2D结构（单层或少层）通常可以具有不同的性质。考虑到相似的2D结构，这些材料，其多样的物理化学和光电子学性能使其在很多领域中有巨大的应用潜力。与2D形式相比，当其转换为量子点形式（QD），其横向尺寸通常小于10 nm，更高的比表面积以及有效的量子限制效应可以带来更多优异的性能。2D材料衍生的QDs具有更好的分散性，更简易的功能化作用等，被广泛的应用于传感，生物医药，光电子器件，催化以及储能应用。与其他QDs相似，MXene-QDs量子点材料表现出多种优异的属性，包括自然的亲水性，令人满意的生物兼容性，既有的功能化以及杰出的光致发光性能，得益于其尺寸与量子限制效应，其杰出的性能扩展了在光电子，生物，催化以及能源领域的应用。近日，湖南大学Zhifeng Liu教授与Guangming Zeng教授在国际著名学术期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题目为Two-dimensional transition metal carbide and nitride(MXene) derived quantum dots (QDs): synthesis, properties, applications andprospects的综述文章，系统地总结了MXenes量子点材料的研究进展，包括它们的合成方法，性能，功能化表面改性，异质原子掺杂以及复合物的制备。并对未来的研究方向与机遇做出展望。

【图文导读】

图1. 2D 材料衍生QDs的论文发表数以及MXene研究进展。

图2.MXene量子点的合成，性能及应用总结。

图3. 水热反应制备Ti₃C₂量子点示意图及物理表征。

图4. Mo₂C QDs/C纳米片的熔融盐法制备路线以及相应的TEM图像。

图5. Ti₃AlC₂ , Ti₃C₂纳米片和Ti₃C₂ QDs的XRD图谱；Mo₂C QDs的FFT图像；Ti₃C₂ QDs 的C 1s的XPS图像以及红外图像；Ti₃C₂QDs相应的理论模型。

图6. Ti₃C₂ QDs材料在锂硫电池中放电过程的电荷转移；Ti₃C₂O₂QDs的DOS。

图7. Ti₃C₂ QDs/Cu₂O纳米线的紫外可见光漫反射光谱；V₂C QDs在不同激发波长下的光致发光颜色

图8. NH₃合成产率与相应的法拉第效率；Mo₂CQDs结构以及N₂还原位点；在Cu₂O纳米线上生长的Ti₃C₂ QDs的SEM和TEM图像以及相应的甲醇产量；g-C₃N₄@Ti₃C₂QDs复合物的光催化H₂还原；Co-MQDs的光收集示意图。

【总结与展望】

作为一种优异的QDs材料家族中的一员，MQDs吸引了越来越多的关注因其杰出的物理化学以及光电子学性质。迅猛发展的剥离技术促进了MQDs的制备，使其具有一些独特的性质，如杰出的光致发光性能，低毒性以及良好的生物兼容性等，尽管其具有很多优势，但在未来的发展道路上依然有很多挑战，主要在以下几个方面：

i) 改善量子点的合成策略；

ii）对MQDs性能的深入研究；

iii）MQDs的功能化改进；

iv）MQDs在实际应用中的细胞毒性；

v) 扩展探索MQDs的多样性；

vi) 丰富的MQDs的应用。

文献链接：

DOI: 10.1039/d0ta01552k

信息来源： MXene Frontier

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