一、背景介绍
自年报道Ti3C2的合成以来，名为MXenes的二维（2D）碳化物和氮化物的研究取得了长足的发展。年ACSNano上的一篇文章，报道了M2X，M3X2和M4X3的合成，宣布了一个全新的大型2D材料家族的诞生。年在ACSNano中报道的M5C4，进一步增加二维碳化物和碳氮化物的结构多样性。在年的头3个月中，有18篇关于MXene的研究报告发表在ACSNano上。ACSNano是发布关于MXene的前沿研究的领导者之一，概述了未来的研究方向。
近日，享有“MXene之父”美誉的美国德雷塞尔大学YuryGogotsi教授对ACSNano期刊上一部分优秀MXene论文进行了总结，相关结果以“MXenes:Two-DimensionalBuildingBlocksforFutureMaterialsandDevices”为题发表在ACSNano期刊上。
二、图文导读
1.MXene在材料世界中的位置
MXenes为什么如此在那么多已有的2D材料中脱颖而出？
MXenes可为2D板材提供金属导电性，据报道，MXenes的电导率值高达20,S/cm，具有更高的强度和刚度，可扩展的溶液合成（千克批次），对各种应用足够的环境稳定性，生物相容性和水性没有表面活性剂的固溶处理。电导率和氧化还原能力的结合可实现能量存储，电导率和催化能力可实现电催化，透明导体和加热器需要电导率加上透明度，电导率与颜色结合可实现光子和光电器件，可调谐等离子体激元共振可用于光热疗法，光催化和表面增强拉曼光谱。
图1.元素周期表显示了MXene的组成。
2.不同表面封端扩展Mxene家族
当蚀刻MAX相的A位原子时，刚暴露出来的不饱和过渡金属原子立即被蚀刻剂中的阴离子配位，从而形成Mn+1CnTxMXenes的表面末端Tx。第一个MXeneTi3C2Tx是在年使用氢氟酸（HF）蚀刻Ti3AlC2制成的，其表面末端为-O，-OH和-F的混合物。随后，*庆团队报道了在路易斯酸性熔融盐蚀刻MAX相后，生产出具有均一末端的MXene。一系列卤化的Ti3C2Tx（T=Cl，Br，I或它们的组合）。目前，有30多种不同的化学计量的MXene，以及多种（不考虑表面终止）理论上预测的具有不同电子，物理和（电）化学性质的组成。此外，M和X侧的固溶体是可能的，并且具有多个单个（O，Cl，F，S等）或混合（O/OH/F）表面终端的可能性使MXenes成为一个庞大而多样化的二维材料家族。
图2.*庆团队通过熔盐蚀刻制备Cl封端Ti3C2TxMXene的示意图。
三、全文总结
1.MXene的兴起和未来的挑战
最初，对MXene的兴趣主要是在储能应用中，其中包括Li+，Na+，K+，Mg2+，Al3+，Li-S，Na-S和K-S电池，超级电容器以及混合储能设备（例如Li-离子和Na-离子电容器）。
MXene已用于纺织品/可穿戴式能量存储设备的可印刷电极中。下一步是电容去离子，它使用超级电容器原理从水中去除盐离子。随后进行电催化的氢气和氧气放出反应（HER和OER），CO2还原和氨合成。可植入的大脑和表皮电极以及电致变色设备同样受益于MXenes的高电导率和可调节的光电特性。尽管对MXenes的那些以及其他生物医学应用的探索仅在大约5年前才开始，但这是一个快速扩展的领域，因为MXenes可以挽救生命，并可以替代昂贵的贵金属。年是MXenes的“淘金热”的开始。年举行的第一届专门针对MXene的国际会议。年下半年举行了三场专门针对MXene的国际会议和专题讨论会，在Drexel大学举行的MXene会议吸引了2多名注册参与者。当前，MXene正在经历其应用程序多样性的扩展以及出版物和专利数量的爆炸式增长。
2.从MXene到二维复合材料
大量2D材料的可用性导致了从探索单个“奇妙材料”到从成百上千个具有先进技术所需性能的2D构建块组装材料和设备的转变。混合材料的组装可实现多种性能的组合，这是传统（单一）材料无法提供。可以使用自组装或增材制造技术制造混合材料和复合材料，将具有催化活性和氧化还原活性的颗粒和有机分子，2D氧化物，MoS2，石墨烯，磷烯，纳米管，导电聚合物和其他纳米材料已与MXenes集成在一起。然而，仍然有许多挑战需要克服，例如，大规模可编程和可控制的自组装，匹配的工作功能以控制不同材料之间的连接，控制组件之间的相互作用/键合以及选择能够提供特定应用所需特性的精确组合的材料。
我们相信在人工智能的帮助下，这一愿景在不久的未来将会实现其商业价值。
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