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摘要。MXene 材料的卓越多功能性使其成为先进材料科学的前沿,其应用范围涵盖储能、催化、水处理和电子。MXene 材料的批量生产对于满足应用需求、提高商业可行性、支持研究工作、将 MXene 融入行业以及推动技术进步至关重要。这是充分发挥 MXene 材料的潜力并确保其在不同领域广泛使用的关键一步。然而,问题在于,MXene 合成方法,特别是在实验室规模开发的合成方法,在过渡到大规模生产时面临挑战。大规模保持 MXene 材料的质量、一致性和产量可能很复杂。本文全面概述了当前的合成方法、影响批量生产的关键参数、前体材料和合成后表征以及扩大 MXene 生产的创新。还回顾了必要的环境和安全措施。这项全面的审查工作对于开发 MXene 批量制造领域至关重要,对整个社区具有重大影响。通过彻底解决问题、调查关键因素并强调大规模合成的突破,该研究为研究人员、行业专家甚至政策制定者提供了路线图。
有害气体监测非常重要,尤其是在风险较高的工业应用中。在各种有害和有毒气体中,氨 (NH 3 ) 是最密集的一种,即使在较低浓度下也会对呼吸系统造成损害 [1]。监测氨 (NH 3 ) 浓度在不同领域都很重要,因为它在水中有毒 [2],并且对于监测呼吸中的浓度 [3]、早期健康问题诊断甚至作为肝脏和肾脏健康检查的第一个指标也很重要。空气污染源包括农业、畜牧业 [4]、运输和食品加工厂 [5] 以及微电子(例如,在通过化学气相沉积生产氮化硅时,NH 3 是前体之一)[6]。
[a] S. Xu博士,Y. Dall'Agnese博士,J。Li博士,Y. Gogotsi教授,高级电池的物理和技术实验室(教育部)Jilin University,Jilin University,Changchun 130012,(P.R.中国)电子邮件:whan@jlu.edu.cn [B] 130012,(P.R.中国)
MXenes 作为储能材料具有独特的特性;然而,有限的层间距离和持续循环下的结构稳定性限制了它们的应用。在这里,我们开发了一种独特的方法,涉及将 Nb 原子掺入 MXene(Ti 3 C 2 )中,以增强其实现更高离子存储和更长时间稳定性的能力。使用密度泛函理论进行了计算分析,从原子细节上解释了材料结构、电子结构、能带结构和态密度。Nb 掺杂的 MXene 显示出 442.7 F/g 的良好电荷存储容量,这使其可应用于超级电容器。X 射线衍射(XRD)表明在 MXene 中 Nb 掺杂后 c 晶格参数增强(从 19.2A ◦ 到 23.4A ◦ ),这显示了引入具有较大离子半径的元素(Nb)的效果。此外,带隙从原始 MXene 的 0.9 eV 变为 Nb 掺杂 MXene 的 0.1 eV,这表明后者由于金属性质更强而具有导电性增加的特征,这与实验结果相符。这项工作不仅展示了 MXene 中的掺杂效应,还有助于解释物理参数变化所涉及的现象,推动了基于二维材料的储能领域的发展。
9 10 1 马来亚大学工程学院机械工程系,50603,吉隆坡 11 2 纳米材料和能源技术研究中心(RCNMET),科学技术学院,12 双威大学,Bandar Sunway,Petaling Jaya,47500,Selangor Darul Ehsan,马来西亚 13 3 马来亚大学理学院物理系低维材料研究中心,14 50603,吉隆坡,马来西亚 15 4 兰卡斯特大学工程系,兰卡斯特,LA1 4YW,英国 16 5 马来亚大学工程学院电气工程系,50603,吉隆坡 17 6 马来西亚 - 日本国际技术学院(MJIIT),马来西亚理工大学,Jalan Sultan 18 Yahya Petra,54100 吉隆坡,马来西亚 19 20 通讯作者: Navid.fth87@yahoo.com, Saidur@sunway.edu.my, Faizul@um.edu.my 21
抽象MXENE是最近出现的多方面二维(2D)材料,由表面改性的碳化物组成,提供了其柔韧性和可变成分。它们由早期过渡金属(M)的层组成,与N层的碳或氮层(表示为X),并用表面官能团(表示为T X / T Z)终止,并用M n + 1 x n t x的一般公式,其中n = 1-3。通常,MXENE具有特性的独家组合,其中包括高电导率,良好的机械稳定性和出色的光学性能。MXENES还具有良好的生物逻辑特性,具有高表面积的药物负荷/递送,生物相容性的良好亲水性以及用于计算机断层扫描(CT)扫描和磁共振成像(MRI)的其他电子相关性能(MRI)。由于具有吸引力的物理化学和生物相容性特性,新型的2D材料吸引了对生物医学和生物技术应用的起义兴趣。尽管最近探索了MXENES在生物医学中的某些潜在应用,但在生物医学工程和生物医学的角度使用的MXENE类型仅限于Mxenes的少数Mxene和tantalum Carbide家族。本评论的论文旨在概述MXENES的结构组织,不同的自上而下和自下而上的MXENES合成方法,无论它们是基于氟还是不含氟的蚀刻方法来产生生物相容性的MXENES。还讨论了MXENE的抗菌活性和MXENES在损害细胞膜中的机理。MXENES,以增强生物降解性并降低材料的细胞毒性,用于生物传感,癌症疗法,药物输送和生物成像应用。对生物医疗设备中MXENE部署MXENE的体内应用,陷阱和未来前景面临的一些挑战已被揭露。总的来说,这篇综述将MXENES的当前进步和前景视为实现这一2D纳米材料作为多功能生物学工具的目前进步和前景。
气候变化被认为是全球最大的挑战,在其最前沿是能源的话题。虽然非常重要,但有关能源的辩论已成为一种正常性。与能源储能应用的材料合成相关领域也在增长,以及对可再生能源的工业电气化需求。水性超级电容器是一种能够提供高功率密度的储能设备,同时在环境友好的媒体中保持长期环环性。但是,他们的挑战包括在能量密度,安全性和低成本的电极生产方面保持较高的表现。mxene是由H,OH和F组终止的二维过渡金属碳化物/氮化物的家族。该材料表现出与其3D母体材料最大相位的能源应用相关的出色物理和化学特性。自2011年发现以来,由于其高电导率(20,000 s.cm -1)和可以达到900 FCM -3的体积功能,MXENE(例如Ti 3 C 2 T Z)在储能领域得到了广泛研究。但是,报告的MXENE的合成过程充满了耗时的危险程序。本文的第一部分提出了一种新的Ti 3 C 2 T Z Mxene合成的创新方法,其中MXENE在几毫秒内合成了MXENE,借助30 MHz频率表面声波(SAW)和0.05m的LIF。在硫酸电解质中研究了MO 1.33 CT Z。MO 1.33 CT ZTi 3 Alc 2 Max相中的铝元素被所谓的“局部HF”蚀刻,并将粉末转化为2d Ti 3 C 2 T Z。该方法显示了与先前报道的合成技术相当的MXENE,如该材料的电型性能所证明的那样。该论文的第二部分着重于研究相对较新的MXENE家族在水溶液中产生的I-含量的电化学性能。i -mxene在2017年报道,具有化学式MO 1.33 ct z,是平面内化学有序化学蚀刻的产物(MO 2/3 SC 1/3)2 ALC I -MAX相。该电解质为电极电位窗口和电容设置了极限,因此,使用后处理方案来增强电化学性能。
南卡罗来纳大学,哥伦比亚分校,哥伦比亚大学,美国大街300号,美国SC 29208,美国B化学工程系,南卡罗来纳大学,哥伦比亚大学,哥伦比亚大学,美国SC 29208,美国化学与生物工程系,伦斯多利教授工程师,伦斯勒理工学院,纽约州TROY,纽约市DA180 Aliment Alokem,K. Buk-Gu,Daegu 41566,朝鲜共和国e公民与建筑工程学院,桑格克万大学,2066年,Seobu-Ro,Jangan-16,GU,Suwon,Suwon,Gyeonggi-Do 16419美国南卡罗来纳州南卡罗来纳大学生物医学工程计划,美国南卡罗来纳州29208,美国南卡罗来纳大学,哥伦比亚分校,哥伦比亚大学,美国大街300号,美国SC 29208,美国B化学工程系,南卡罗来纳大学,哥伦比亚大学,哥伦比亚大学,美国SC 29208,美国化学与生物工程系,伦斯多利教授工程师,伦斯勒理工学院,纽约州TROY,纽约市DA180 Aliment Alokem,K. Buk-Gu,Daegu 41566,朝鲜共和国e公民与建筑工程学院,桑格克万大学,2066年,Seobu-Ro,Jangan-16,GU,Suwon,Suwon,Gyeonggi-Do 16419美国南卡罗来纳州南卡罗来纳大学生物医学工程计划,美国南卡罗来纳州29208,美国南卡罗来纳大学,哥伦比亚分校,哥伦比亚大学,美国大街300号,美国SC 29208,美国B化学工程系,南卡罗来纳大学,哥伦比亚大学,哥伦比亚大学,美国SC 29208,美国化学与生物工程系,伦斯多利教授工程师,伦斯勒理工学院,纽约州TROY,纽约市DA180 Aliment Alokem,K. Buk-Gu,Daegu 41566,朝鲜共和国e公民与建筑工程学院,桑格克万大学,2066年,Seobu-Ro,Jangan-16,GU,Suwon,Suwon,Gyeonggi-Do 16419美国南卡罗来纳州南卡罗来纳大学生物医学工程计划,美国南卡罗来纳州29208,美国
摘要:扩展Ti 3 C 2 t X MXENE在纳米复合材料以及跨电子,能源存储,能量转换和传感器技术的跨越中的应用,需要简单有效的分析方法。拉曼光谱是评估MXENE复合材料的关键工具;但是,高激光功率和温度可能导致材料在分析过程中的恶化。因此,需要深入了解MXENE光热降解及其氧化状态的变化,但尚无系统研究。这项研究的主要目的是通过拉曼光谱分析研究MXENE晶格的降解。不同的光谱标记与Ti 3 C 2 t X材料内的结构变化有关,并经历了热和激光诱导的降解。在降解过程中,在几个特定步骤中揭示了光谱标记:层间水分子的数量减少, - 哦,组的数量减少,C -C键的形成,晶格的氧化,氧化的氧化以及TIO 2 Nanoparticles的形成(首先是解剖学酶,核心)。通过跟踪位置移位和Ti 3 C 2 t X的强度变化,发现了表示每个步骤启动的光谱标记。这种光谱方法增强了我们对MXENE降解途径的理解,并促进了这些材料将这些材料的增强和可靠的整合到从储能到传感器的各种应用中的设备中。关键字:2D材料,MXENES,拉曼光谱,TIO 2纳米颗粒,Ti 3 C 2 t X,MXENE降解,激光诱导的破坏