MXene骨架的案例
北京化工大學《AFM》：柔性MXene骨架促進石墨電極穩定儲鉀！
來自北京化工大學等單位的研究人員，采用Ti3C2TxMXene納米片作為快電子/鉀離子雙功能導體，構建了全集成石墨納米片(GNF)/MXene(GNFM)電極骨架。連續的MXene骨架構成了快速電子/鉀離子轉移的三維通道，使GNFM電極具有很高的結構穩定性。由于這種獨特的MXene骨架，GNFM電極即使在高質量負載下也比傳統的聚合物鍵合電極表現出更高的儲鉀性能。此外，GNFM電極在不可燃電解液中也表現出令人印象深刻的循環性能，并被進一步用作陽極組裝新型不可燃鉀離子電容器，表現出優異的循環性能和高的能量/功率密度(113.1 Wh kg-1和12.2kW kg-1)。用Operando XRD驗證了對GNFM電極相變機理的新認識，密度泛函理論計算表明，Mxene能促進異質界面上的電子轉移和鉀擴散。因此，研究結果表明，以MXene為多功能骨架設計的全集成GNFM電極為制備高效儲鉀陽極提供了一種新的方案。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102126
綜上所述，本論文采用Ti3C2TxMXene納米片作為快電子/鉀離子雙導體，通過真空濺射含有GNFS和MXene納米片的混合分散體，構建了GNFM全集成電極的骨架。在GNFM電極中，Mxene納米片層狀重疊和互鎖形成了連續的Mxene骨架，這使得GNFM電極具有快速的電子/鉀轉移能力和較高的結構穩定性。用Operando XRD驗證了GnFM電極的儲鉀機理，其相變為G(G-t)→稀釋階段(KC144-168)、→階段4(KC48)、→階段3(KC36)、→階段2(KC24)、→階段1(KC8)及其相反過程。
展開 南理工傅佳駿教授、川大傅強教授/吳凱副研究員《Matter》：模仿蜻蜓翅膀的微結構，打造強而韌的可修復材料
仿生復合材料的制備及表征
圖1 蜻蜓翅膀的實物圖及仿生復合材料的制備表征分析
作者受到蜻蜓翅膀微結構的啟發，首先將MXene納米片包覆在剛性可修復的聚合物材料表面，而后通過熱壓定構加工的方式制備了仿生復合材料。光學顯微鏡和透射顯微鏡證明了復合材料內部的仿生微結構—形成了三維互聯的MXene骨架；XPS證明MXene骨架和聚合物直接存在強大的界面氫鍵相互作用，這也有助于提升復合材料整體的機械性能。
仿生復合材料的增強增韌性能
圖2 仿生復合材料的機械性能
三點彎曲實驗證實，在聚合物網絡中植入MXene互聯骨架，仿生復合材料的機械性能提到了顯著提升；與初始可修復聚合物材料相比，剛度提高了3.8倍，強度提高了25.0倍，應變提高了7.9倍；對比實驗證實，在聚合物基體中加入同等含量的烏龜分散的MXene納米片，其增強效果有限，遠低于具有仿生微結構的復合材料。
展開 馮新亮&莊小東Chem. Soc. Rev.：二維材料儲能器件小型化:從單個器件到智能集成系統
MXene基MSCs的噴涂
圖12. 基于2D共軛聚合物作為微電極制造MSCs的LBL方法
圖13. 基于2D EG/V2O5微電極的智能電致變色MESD
圖14. 能量收集集成系統
【總結】
新興的電化學活性2D材料為高性能、可靠和可升級的MESDs的未來發展打開了一扇新的窗口。本文綜述了MESDs在多種2D材料、微制造方法和設計技術方面的最新成就。二維材料，包括石墨烯、TMOs/TMHs、TMDs、MXenes和二維有機骨架材料，研究人員已經根據它們對MSCs和MBs的電化學性能進行了研究。另一方面，器件制造在技術創新中起著關鍵作用，這反過來又會影響MESDs的復雜性和大規模生產。研究人員還認為，引入智能功能和將微型設備集成到系統中對于促進智能電子的高速增長是不可或缺的。同時基于2D材料的MESDs在各個器件領域已經取得了相當大的成就；最近，基于這種MESDs的集成系統已經被證明它們的潛在應用范圍。然而，一些關鍵的技術挑戰仍然需要解決。
針對最先進的MESD性能，2D材料的結構工程為調整包括電導率、氧化還原電位、晶相結構和化學穩定性在內的化學和物理性能提供了堅實的基礎。雜原子摻雜、缺陷/空位產生、表面/界面修飾和異質結構構建等方法為進一步改善2D材料的物理化學性質提供了巨大的機遇。眾所周知，2D材料面臨的一個巨大挑戰在于，由于其強大的范德華相互作用，它們不可避免地會聚集在一起。為了解決這個問題，人們可以通過嵌入異質分子來擴大層間空間，以提高存儲能力或增加活性位點。
展開 馮新亮&莊小東Chem. Soc. Rev.：二維材料儲能器件小型化:從單個器件到智能集成系統
MXene基MSCs的噴涂
圖12. 基于2D共軛聚合物作為微電極制造MSCs的LBL方法
圖13. 基于2D EG/V2O5微電極的智能電致變色MESD
圖14. 能量收集集成系統
【總結】
新興的電化學活性2D材料為高性能、可靠和可升級的MESDs的未來發展打開了一扇新的窗口。本文綜述了MESDs在多種2D材料、微制造方法和設計技術方面的最新成就。二維材料，包括石墨烯、TMOs/TMHs、TMDs、MXenes和二維有機骨架材料，研究人員已經根據它們對MSCs和MBs的電化學性能進行了研究。另一方面，器件制造在技術創新中起著關鍵作用，這反過來又會影響MESDs的復雜性和大規模生產。研究人員還認為，引入智能功能和將微型設備集成到系統中對于促進智能電子的高速增長是不可或缺的。同時基于2D材料的MESDs在各個器件領域已經取得了相當大的成就；最近，基于這種MESDs的集成系統已經被證明它們的潛在應用范圍。然而，一些關鍵的技術挑戰仍然需要解決。
針對最先進的MESD性能，2D材料的結構工程為調整包括電導率、氧化還原電位、晶相結構和化學穩定性在內的化學和物理性能提供了堅實的基礎。雜原子摻雜、缺陷/空位產生、表面/界面修飾和異質結構構建等方法為進一步改善2D材料的物理化學性質提供了巨大的機遇。眾所周知，2D材料面臨的一個巨大挑戰在于，由于其強大的范德華相互作用，它們不可避免地會聚集在一起。為了解決這個問題，人們可以通過嵌入異質分子來擴大層間空間，以提高存儲能力或增加活性位點。
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用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰和前景
然而，過量的碳納米管會增加MXene納米片的層間距，降低CMP/CS復合材料的導電性。由于電導率可控，在x波段達到29.3 dB的良好EMI屏蔽性能(圖3d)。為了進一步提高屏蔽性能，Liang等人采用石墨化程度較高的天然木源多孔碳(WPC)骨架作為屏蔽材料襯底制備具有壁狀“砂漿-磚”結構的MXene氣凝膠/WPC復合材料，其中WPC骨架和MXene氣凝膠分別充當“砂漿”和“磚”(圖3e和f)。受益于較高的碳化溫度，木基木復合材料的電導率從WPC- 500的1.6×10-10S/cm迅速增加到WPC-1500的35.2 S/cm，在厚度為3 mm時表現出61.3 dB的高屏蔽性能。當MXene氣凝膠填充WPC-1500內部的蜂窩細胞時，MXene氣凝膠/WPC-1500的EMI SE值增加到~69.4 dB，與WPC-1500相比增加了20%以上(圖3g)。MXene氣凝膠網絡內部的連續多孔碳結構引起了阻抗失配、多次反射和散射、導電損耗和界面極化損耗，從而進一步提高了屏蔽性能。
圖3.（a）制備三維 CMP/CS 復合材料的示意圖；（b）CS（升降臺）和 CMP/CS 復合材料（右側）的掃描電鏡圖像；（c）CMP/CS 復合材料的導電性和（d）EMI SE，(e) MXene 氣凝膠/WPC 復合材料的電導率，(f) MXene 氣凝膠/WPC 復合材料墻壁的 "灰泥磚 "結構照片和 SEM 圖像，(g) MXene 氣凝膠/WPC 復合材料與 WPC-1500 的 EMI SE 值比較，(h) 電阻率和 (i) 總 EMI SE (SET)，以及 (j) 二面角為 90°、45° 和 0° 的 T-M@wood 的 SEA 和 SE。
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