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用于下一代储能设备的钒 MXenes 材料
摘要 电池和超级电容器已成为下一代储能技术的有希望的候选者。新型二维 (2D) 电极材料的快速发展预示着储能设备新时代的到来。MXenes 是一种新型的层状二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，由于其优异的电导率、电化学和亲水性能、大的表面积和吸引人的拓扑结构而备受关注。本综述重点介绍了使用和不使用蚀刻剂（如氢氟酸、氟化锂和盐酸）去除 MAX 相的“A”层来制备碳化钒 MXenes 的各种合成方法。目标是展示利用毒性较小的蚀刻方法来实现与传统方法制备的 MXenes 具有可比性能的 MXenes。本综述还讨论了插层对 MXene 层之间高层间距的影响以及 MXenes 作为超级电容器和电池电极的性能。最后，讨论了目前对碳化钒 MXenes 在合成、可扩展性和在更多储能设备中的应用方面的知识存在的差距。
人们对 MXenes 的兴趣正在呈指数级增长，因此 2022 年有 4 场专门讨论 MXenes 的研讨会也就不足为奇了。经过两年的近
人们对 MXenes 的兴趣正在呈指数级增长，因此 2022 年有 4 场专门讨论 MXenes 的研讨会也就不足为奇了。经过两年几乎完全是虚拟会议之后，再次旅行并与来自学术界和工业界不同背景的对具有全球影响的新材料和应用有着浓厚兴趣的人面对面交流令人耳目一新；不仅旅行，还举办会议。2022 年 8 月 1 日至 3 日，第二届国际 MXene 会议，也是第一次面对面（混合）会议，在德雷塞尔大学举行，主题为 MXenes：用创新应对全球挑战。本次活动获得了广泛赞誉，来自世界各地的 225 多名与会者来到 AJ Drexel 纳米材料研究所、工程学院和德雷塞尔大学。34.7% 的出席者为女性，12.3% 为代表性不足的少数族裔，包括一名美洲原住民和几名非裔美国人和西班牙裔人。除了现场出席的人员外，在为期三天的活动期间，还有 50 名虚拟与会者，其中包括 12 名乌克兰人，我们公开支持他们的出席。
MXenes：趋势、增长和未来方向 - NSF-PAR
十多年前，德雷塞尔大学发现了二维 (2D) Ti 3 C 2，从此创建了一个新的 2D 过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物家族 [1]。由于采用自上而下的选择性蚀刻从三元碳化物 (Ti 3 AlC 2 ) 合成 Ti 3 C 2 ，而三元碳化物属于 MAX 相大家族 [2]，因此自发现第一个 MXene 以来，很明显有更多的 2D 组合物是可能的。不久之后，又报道了具有不同过渡金属和固溶体的更多 MXene [3]，从而确立了 MXene 作为一类 2D 材料的地位，化学式为 M n+1 X n T x。迄今为止，M 代表第 3 至 6 族过渡金属，X 为碳或氮，T 代表表面终端，包括元素周期表第 16 和 17 族以及羟基和酰亚胺基（图 1）。随着最近发现碳化物 MXenes 中的氧取代 [ 4 ] 和氧化物碳化物的形成，X 也可以包括氧（至少在固溶体 MXenes 中）。MXenes 可以具有不同数量的 MXM 层，用 n 表示，范围从 1 到 4，T x 中的 x ≤ 2 [5]。自 2019 年我们的 ACS Nano 社论 [ 6 ] 以来，MXenes 的格局从组成和应用的角度发生了变化。MXene 成分的范围在 MXene 公式的所有四个组分中都有所扩展，即 M、X、T 和 M n +1 X n T x 中的 n。对于M，M的全范围固溶体，例如(Ti,V) 2 CT x 、(Ti,Nb) 2 CT x 、(V,Nb) 2 CT x ，允许
固溶体 Ti y Nb 2-y CT x MXenes 中的电子特性与 M 位成分的关联
在电磁干扰屏蔽、天线和电化学能存储与转换电极等应用中，MXene 薄膜需要具有高电导率。由于采用基于酸蚀的合成方法，因此很难分解化学成分和薄片尺寸等因素对电阻率的相对重要性。为了了解内在和外在因素对宏观电子传输特性的贡献，对 Ti y Nb 2- y CT x 系统中的固溶体进行了控制成分和结构参数的系统研究。特别是，我们研究了金属（M）位成分、薄片尺寸和 d 间距对宏观传输的不同作用。硬 x 射线光电子能谱和光谱椭圆偏振法揭示了 M 位合金化引起的电子结构变化。与光谱结果一致，低温和室温电导率以及有效载流子迁移率与 Ti 含量相关，而薄片尺寸和 d 间距的影响在低温传输中最为突出。该结果为设计和制造具有广泛电导率的 MXene 提供了指导。
对MXENES进行了现实的看法，用于二氧化碳的电化学还原
作为碳捕获和利用方面的一致努力的一部分，电化学二氧化碳还原反应（CO 2 RR）是实现圆形碳经济的有前途的方法。二维金属碳化物和氮化物（MXENES）由于其可调的电子和表面性能而被吹捧为CO 2 RR的一种有吸引力的材料，这为破坏了传统过渡金属催化剂的中间结合能的线性缩放关系提供了可能的途径。尽管有大量的理论研究对MXENES作为CO 2 RR电催化剂的乐观前景，但仍有无数的未解决的问题以及未开发的设计机会，需要进一步的实验性优化才能实现MXENES的承诺潜力。在此，我们讨论了MXENES如何打破上述比例关系，以及MXENES修饰的方法可以改善其催化性能，包括缺陷工程和MXENES异质结构。最后，我们通过总结了当前的挑战和可能带来的策略，以实现MXENES的潜力。
通过质谱流式细胞术和高维成像对 2D MXenes 进行免疫分析和多重无标记检测
追踪、检测和定量测量细胞和组织中纳米材料的能力推动了它们在生物医学中的日益广泛应用。开发无标记、高分辨率和高维方法，同时可视化多种细胞类型中的二维材料，从而洞察细胞功能和相互作用及其在组织中的空间定位，这对于将纳米材料转化为临床应用至关重要。过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物 (MXenes) [1,2] 是具有多种结构和成分的新兴二维材料。[3,4] 虽然研究最多的 MXene 是 Ti 3 C 2 ，但已报道了 30 多种化学计量成分和至少 20 种固溶体。这些二维薄片的表面覆盖着功能团，写为 T x 。这些基团主要由 O、OH 和 F 组成，因此具有亲水性，易分散于水和生理介质中。由于大多数 MXenes 已被证明具有生物相容性且无细胞毒性，因此它们被广泛用于
![b“ mxene具有通用式M 1.33 ct z的 b”。[6] [6]这些mxenes源自平面内有序的Quaternary 211最大相位，其公式为（m'1.33 m \ xe2 \ x80 \ x80 \ x9c 0.66）Alc。 m \ xe2 \ x80 \ x9d被蚀刻了，现在将2D纸带到平面内有序的分区。在三种电极构型中（例如，在21 m kch 3 COO中至1.6 V与AgCl [8]），更多的工作集中在基于MXENE的自由膜上，以实现高体积电容（C V），因为它们的高度密度和固定材料的速度，Ontivive of Bindistive of Bindistive oterive otericive oteric oder coldice oteric，选择的电解质。细胞通常达到C S> 300 F G 1或> 1500 F CM 3的高值。 [5d，10]然而，与中性水晶相比，H 2 SO 4既安全也不是绿色。进一步的问题是，i）风险“
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b“ Mxene具有通用公式M 1.33 CT Z的MXENE于2017年首次报道。[6]这些mxenes来自平面内排序的第四纪最大相位，其公式为（m'1.33 m \ xe2 \ x80 \ x9c 0.66）alc。蚀刻后，蚀刻了Al层和少数过渡金属M \ Xe2 \ X80 \ X9D，将其留下了平面内有序的分区的2D纸。By now MXenes are well recognized as performing well as negative electrodes in AASCs, [5a\xe2\x80\x93c,7] because of their high conductivity, excellent hydrophilicity, great tolerance to accom- modate various ions and negative operation potential window in three electrode configurations (e.g., to 1.6 V vs. Ag/AgCl in 21 M KCH 3 COO [8] ).最近，由于其高密度和无效材料的避免，诸如粘合剂，导电剂等，更多的工作集中在基于MXENE的自由层膜上，以实现SCS中的高体积电容（C V）。[9]在先前的报告中，硫酸（H 2 SO 4）一直是选择的电解质。细胞通常达到C S> 300 F G 1或> 1500 F CM 3的高值。[5d，10]但是，与中性水解物相比，H 2 SO 4既安全也不是绿色。进一步的问题是，i）风险“
2D MXenes 氧化稳定化学的最新进展
二维过渡金属（TM）碳化物和碳氮化物（称为MXenes）自2011年首次亮相以来，由于其二维层状结构和优异的物理化学性质，在各个应用领域引起了极大关注。[1] MXenes 可以从相应的层状 MAX 相中衍生出来，其结构公式为 M n + 1 AX n（n = 1–3）。[2] MAX 相化合物由过渡金属（M）层与 C 或 N 层（X）交错组成，强的 M X 键进一步通过 III A 或 IV A 族元素（A）的单原子层插入，呈现原子层和六方晶体结构。[3,4] 通常，可以通过优先溶解和提取 MAX 相结构中弱键合的 A 层来获得 MXenes。 [5,6] 在水相中蚀刻和剥离过程中，高反应性的TM表面立即与F、OH和=O等物质连接，得到MXene通式：M n + 1 X n T x （T x 代表表面物质）。[7–9] 基于丰富的表面终端、独特的混合共价键和金属键的层状结构，MXenes表现出有趣的功能性能，如优异的电化学和光学性能、优异的热导率、高电导率和突出的机械特性。[10–13] MXenes的这些性质可以通过改变微观结构、元素组成和表面终端来进一步调节，[14–19] 例如，通过改变M或X元素、合金化M或X层，[20–24] 以及通过使用多元素（M）面外或面内顺序在MXene结构中构造特殊空位。 [23,25–29] 因此，多功能且具有潜在可扩展性的合成技术使 MXene 材料在性能可调的二维材料领域中占据了独特的地位。[30]
MXENES/聚苯胺纳米复合材料在制造创新超级电容器技术中的作用
摘要：电导聚合物和MXENES的多功能和独家电子，光学，物理化学，电化学和机械特征都激发了全球科学家在使用这些材料设计创新的高性能存储系统方面采取严重的动力，以这些材料为机械灵活的电子技术来解决不断增长的技术技术，以解决各种材料的需求。然而，两种材料都经历了一些严重的实际限制，这使科学界以Mxenes/pani纳米复合材料的形式进行了必要的修改，并具有合适的成分，从而实质上可以恢复其代表性特征，但可以成功地抑制其功能缺陷。因此，在当前概述中，MXENES/PANI纳米复合材料制造的不同策略是为高级超级电容器制造的，特别提及合成即兴创作所带来的必要的形态修饰，从而导致了卓越的电容性，电子电荷运输以及结构性以及还认识到并进行了比较。这样的分析将有目的地有助于调整整体机械和电化学响应，以尽快对更智能和高度柔性的微电子进行策划。
用于MXENE合成和电化学电化学的电化学行为的声学平台
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。