Prog. Mater. Sci. (Als: 48.165) | 2d Mxene en koolstof

Het belang van koolstof, een van de belangrijkste elementen van het leven, is vanzelfsprekend. Sinds het paleolithische tijdperk hebben mensen geprobeerd koolstof te gebruiken om aan onze meest basisbehoeften te voldoen. Tegenwoordig hebben wetenschappers met succes full-dimensionale koolstofmaterialen ontwikkeld, van 0D koolstof kwantumstippen, 1D koolstofnanobuisjes of banden, 2D-grafeen en 3D-koolstofschuim, enzovoort, zijn op veel gebieden veel gebruikt. Daarom spelen koolstofmaterialen ook een uiterst belangrijke rol in de wereld waarin we leven en ons leven dienen. Het ongeëvenaarde kostenvoordeel maakt het een pionier en leider op veel toepassingsgebieden, en het kan zelfs worden geïntegreerd met andere materialen om betere prestaties te hebben in sommige specifieke gebieden.

Sinds de ontdekking van 2D -grafeen zijn veel 2D -materialen uitgebreid bestudeerd, zoals overgangsmetaaloxiden, overgangsmetaalchalcogeniden, voornamelijk inclusief sulfiden en seleniden, en overgangsmetaalcarbiden/nitride, hexagonale boornitride, gelaagde LDH, 2D MOF, fosfen, fosfen, fosfeen, German, etc. Hoewel deze 2D -materialen een gemeenschappelijke 2D -structuur als geheel hebben, variëren de specifieke fysische en chemische eigenschappen afhankelijk van de chemische samenstelling, die het 2D -materiaalfamilie ook een breed scala aan toepassingen geeft. Onder hen is de gelaagde overgangsmetaalcarbide de heetste ster in het afgelopen decennium, de zogenaamde mxene, vanwege zijn goudachtige eigenschappen van elektrische geleidbaarheid, oppervlakterrijke functionele groepen, zoals -F, -OH en = o, Uitstekende hydrofiliciteit en oppervlakte -elektronegativiteit en andere uitgebreide uitstekende kenmerken. Omdat het voor het eerst werd gesynthetiseerd in 2011, is het een hot onderzoeksonderwerp geworden voor onderzoekers over de hele wereld, omdat we weten dat de meeste 2D-materialen isolerende, halfgeleider- of semi-metalen eigenschappen vertonen, dus de ontdekking van MXene is het begin van het 2D-materiaal systeem. Niet alleen dat, vergeleken met andere tweedimensionale eindige componenten, MXene een zeer rijke diversiteit heeft op basis van verschillende atoomlagen, dankzij de in-vlak of buiten-vlak metaalatomaire ordening, van M2X tot M3X2, tot M4X3 en Meer recent M5x4, dat meer dan 100 mogelijke componenten met het MXene -materiaalsysteem brengt. Dit is tot nu toe ongeëvenaard door enig ander materiaal. Wat nog belangrijker is, volgens de verschillende etsencondities en methoden van de Max -fase van de voorloper, kan een groot aantal functionele groepen op het oppervlak van mxene worden gereguleerd, zodat het kan worden gericht volgens het toepassingsscenario om de meest gunstige oppervlaktestructuur te ontwerpen . De van der Waals -kracht tussen de Mxene -lagen kan worden overwonnen door eenvoudige ultrasone veldhulp, in combinatie met de elektrostatische afstoting gegenereerd door de elektronegativiteit tussen de mxene -lagen, het is gemakkelijk om een ​​zeer dispersieve colloïdale oplossing te verkrijgen en een composiet membraanmateriaal met ultra -Flexibiliteit en ultrahoge geleidbaarheid kunnen worden verkregen door eenvoudige extractie en filtratie. Vanwege deze uitstekende uitgebreide aard is 2D Mxene een veelzijdig bouwblokken materiaal waarvan de toepassingen sinds de ontdekking variëren van initiële energieopslag tot katalyse, detectie, zonnecellen en opkomende elektromagnetische afscherming, waterbehandeling en biomedicine.

Er zijn twee kanten aan alles, hoewel MXene -materialen veel voordelen hebben, zoals het bovenstaande, maar de nadelen ervan in specifieke toepassingsvelden waarmee we moeten worden geconfronteerd. Voor toepassingen voor energieopslag kan MXene's hoge elektrische geleidbaarheid en chemische sterkte een grote hoeveelheid lading opslaan door pseudocapaciteitsgedrag. De werkelijke elektrochemische prestaties van op mxene gebaseerde elektrodenmaterialen zijn echter strikt afhankelijk van de oppervlakte-eigenschappen die worden geregeld door de synthese-omstandigheden en wordt vaak geconfronteerd met ernstige zelfverzamelde fenomenen tijdens lading en ontladingscycli op lange termijn. Het belemmert het diffusiegedrag van ionen enorm. En de eigen periode met een hoger molecuulgewicht heeft meestal onbevredigende theoretische capaciteitsniveaus. Mxene in zijn zuivere fase is ook moeilijk te beschrijven als voldoende prestaties voor katalytische toepassingen. Voor andere toepassingen is een vergelijkbare situatie een belangrijke puzzel geweest voor onderzoekers. Hier, Composite, is de meest effectieve manier, omdat het de voordelen van verschillende componenten kan combineren, de combinatie van de twee heeft een potentiële "chemische reactie", kan synergetische effecten voor MXene -materialen zijn, de essentie nemen, de dross gaan en de dros en Help de prestaties van op MXene gebaseerde materialen naar een nieuw niveau.

Hier vatten we systematisch de structurele integratie van "1 + 1> 2" samen, dat wil zeggen "xD koolstof + 2d mxene = ∞". Volgens verschillende dimensies van koolstofmatrix, van lage dimensie tot hoge dimensie, 0D kwantumstippen tot 3D -koolstofkelet en de integratie van 2D mxene composietstructuur, ten eerste, volgens verschillende soorten koolstofmatrix en overeenkomstige verschillende hybride methoden, het papiersummariseert, het papiersummariseert het papiersummariseert, het papiersummering en vergelijkt. Ten tweede werden de structuur-activiteitsrelaties van XD / 2D-koolstof / mxene heterostructuren vergeleken volgens de synthese-structuur-prestaties. Gebaseerd op de tijdlijn van het multidimensionale koolstofmatrix en het Mxene-complex, van de initiële 1D CNT's recombinatie, 2D-grafeenassemblage, tot de 3D-afgeleide koolstofbelasting, en meer recent, de verankering van 0D koolstof kwantumstippen, kunnen de wetenschappers duidelijk duidelijk Begrijp de geest van verkenning. Uit het aantal gepubliceerde artikelen is het niet moeilijk om te zien dat het aantal onderzoeksdocumenten met betrekking tot MXene-materialen jaar na jaar toeneemt, waaronder het aandeel van onderzoek naar op MXene gebaseerde koolstofcomposieten ook hoger en hoger, en Wat nog belangrijker is, het is steeds overvloediger in termen van typen, wat verheugend is voor de onderzoeksuitgang van MXene. Uiteindelijk werd de onderzoeksuitgang van op MXene gebaseerde koolstofcomposieten samengevat en was de toekomstige onderzoeksrichting voorspeld.