氮化物(MXenes)的案例
澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國秀研究團隊在海水淡化方面的研究取得重要進展
【成果簡介】
澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國秀教授研究團隊和美國德雷塞爾大學(xué)的Yury Gogotsi教授（共同通訊）研究團隊在能源領(lǐng)域知名期刊《焦耳》Joule
2 (2018) 778 - 787上發(fā)表了論文，題為：“Porous Cryo-Dried MXene for Efficient
Capacitive
Deionization。研究人員從儲能電極材料的研究中得到啟發(fā)，他們設(shè)計和制備了以氣凝膠狀多孔MXene為載體的CDI器件，該器件在高溶液鹽度中，表現(xiàn)出色，能夠提供極高的電吸附能力，在極高濃度的鹽水（10000
毫克/升）中可獲得了118
毫克/平方厘米的高吸附容量，比傳統(tǒng)的碳基電極材料的吸附容量高出了一個數(shù)量級。多孔MXene-CDI器件顯著的提高了CDI技術(shù)的吸附效率，使得CDI技術(shù)的發(fā)展進入到了工業(yè)規(guī)模的海水淡化的新階段。
二維的金屬碳化物或氮化物（MXenes）作為新型的二維萬能材料，具有高比表面積、高電導(dǎo)率的特點，又具備組分靈活可調(diào)，最小納米層厚可控等優(yōu)勢，在儲能和水處理以及光電化學(xué)催化等領(lǐng)域擁有巨大潛力。
多孔Ti3C2Tx-CDI器件的電吸附特性: (A) 不同NaCl濃度中，多孔Ti3C2Tx-CDI器件以及
Ti3C2Tx-CDI器件和活性炭-CDI器件的電吸附容量曲線（NaCl濃度的從100 mg/L至1萬mg/L）。(B) 500 mg / L
的NaCl濃度中，多孔Ti3C2Tx-CDI器件以及 Ti3C2Tx-CDI器件和活性炭-CDI器件的電吸附容量曲線。(C) 500 mg / L
的NaCl濃度中，多孔電極多孔Ti3C2Tx-CDI器件的電吸附和脫附循環(huán)曲線。(D) 500mg /L
NaCl溶液中，多孔Ti3C2Tx-CDI器件在不同工作電壓下的電吸附容量變化。
展開 ：一種多尺度結(jié)構(gòu)調(diào)控MXene超電電極的策略及其在3D打印微型超電器件中的應(yīng)用
二維過渡金屬碳化物或氮化物(MXenes)自發(fā)現(xiàn)以來，由于其固有的電子特性、大的比表面積和豐富的電化學(xué)活性位點，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)儲能領(lǐng)域。然而，二維MXene片在自組裝成電極時，傾向于層層堆積在基底上，導(dǎo)致了正交方向上的離子通路高度曲折，阻礙了離子的可及性。目前，主要有兩種策略來解決自堆積問題：(1）通過引入插層劑來抵抗層間相互作用，以擴大層間空間；（2）用二維納米片作為構(gòu)件設(shè)計有序或多孔的三維結(jié)構(gòu)。
武培怡教授課題組近年來圍繞MXene等二維材料的制備及應(yīng)用取得了一系列研究進展：首次提出凍融法高效制備大尺寸的MXene，并通過掩模板法組裝了高性能的平面微型超級電容器器件 (Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910048.)；利用MXene作為犧牲模板，通過原位氧化MXene在GO片層間產(chǎn)生連續(xù)分布的TiO2納米晶體，使得GO片層內(nèi)部產(chǎn)生連續(xù)納米通道，實現(xiàn)了GO膜水凈化能力的大幅提升 (J. Mater. Chem. A2019, 7, 6475.)；利用少量的MXene改善界面熱阻，大幅度提高氮化硼復(fù)合膜的導(dǎo)熱性能且不影響電絕緣性能 (Mater. Chem. Front.2020, 4, 292.)；受血管彈性層和肌肉層復(fù)合結(jié)構(gòu)啟發(fā)，以MXene作為水凝膠層的填料，制備了一種溫敏水凝膠-熱塑性彈性體復(fù)合管，表現(xiàn)出極好的力學(xué)拉伸性、溫敏和近紅外光熱特性 (Mater. Horiz.2020, 7, 2150.)
展開 Advanced Materials綜述報道：MXene基電化學(xué)器件及光電催化劑的最新進展與挑戰(zhàn)
在后石墨烯時代，過渡金屬碳化物或氮化物（MXene）已成為一種非常重要且越來越受認可的二維納米材料。它具有許多優(yōu)越的特性包括元素組成靈活可調(diào)性，金屬特性，載流子遷移各向異性，易調(diào)的能帶隙以及良好的光學(xué)和機械性能。因此被認為是擁有巨大應(yīng)用潛力的新一代儲能和能源轉(zhuǎn)化材料而備受關(guān)注。為充分利用這些屬性和進一步挖掘MXene的潛力，近年來研究學(xué)者通過插層、層離、功能化、雜化等方式，結(jié)合理論計算，開發(fā)和發(fā)展了多種新型功能型MXene納米結(jié)構(gòu)如單層，多層，納米粒子，量子點以及功能復(fù)合材料。在應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)換和存儲，催化，吸附，膜分離，傳感器，場效應(yīng)晶體管，光熱轉(zhuǎn)換及細胞成像等領(lǐng)域，展現(xiàn)了卓越的性能并取得了重要的進展。
盡管MXene的特性研究和應(yīng)用潛力的開發(fā)尚處于起步階段，對該類新興二維材料的重要進展，迫切需要對其進行詳細的總結(jié)并深入地討論其在光（電）催化劑及電化學(xué)器件領(lǐng)域研究過程中決定材料構(gòu)效及應(yīng)用的關(guān)鍵因素，這對探索合適的工藝以進一步提高其光（電）性能而言非常重要。
【成果簡介】
為了全面概述MXene基電化學(xué)器件及光電催化劑的最新進展，新加坡南洋理工大學(xué)王昕教授和Jia wei Chew助理教授（共同通訊）在Advanced Materials發(fā)表了題為“Clay-Inspired MXene-Based Electrochemical Devices and Photo-Electrocatalyst: State-of-the-Art Progresses and Challenges”的綜述文章，王侯博士為論文第一作者。該綜述主要從MXene材料的獨特價值和基本性質(zhì)出發(fā)，然后總結(jié)了MXene單體, 功能化的MXene以及復(fù)合材料的合成路線，突出了其在超級電容器、電池（鋰離子電池，鋰-硫電池及其他堿金屬電池）、電催化和光催化的應(yīng)用。
展開 北化大于中振教授和張好斌教授團隊ACS AMI： 輕質(zhì)、超彈性多功能MXene/CNT氣凝膠用于高效電磁屏蔽
二維過渡金屬碳/氮化物（MXene）的納米片層結(jié)構(gòu)、出眾的電學(xué)性質(zhì)、極性的表面性質(zhì)使其在制備高效的電磁屏蔽材料方面展現(xiàn)出極大的潛力和競爭力。但由于MXene表面的官能團種類、片層大小以及較弱的納米片層間作用力的限制，難以制備得到兼具高彈性和高導(dǎo)電性的輕質(zhì)可壓縮三維結(jié)構(gòu)。
北京化工大學(xué)于中振教授、張好斌教授團隊展示了一種有效的方法來提高MXene基氣凝膠的彈性，同時保持其高導(dǎo)電性和低密度特性。基于MXene納米片與酸化碳納米管（aCNT）的協(xié)同作用，通過定向冷凍和后續(xù)冷凍干燥構(gòu)建了具有類爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向異性氣凝膠。MXene納米片構(gòu)建了各向異性多孔骨架，而aCNTs像爬山虎一樣牢牢地抓住MXene納米片形成的孔壁，不僅提升了MXene基氣凝膠的強度，還實現(xiàn)了氣凝膠的超輕性和超彈性。同時，高導(dǎo)電骨架、多孔結(jié)構(gòu)以及MXene和aCNT上豐富的可極化中心賦予了氣凝膠極高的電磁屏蔽性能。此外，定向多孔的全無機骨架不僅使得MXene/aCNT各向異性氣凝膠具有良好的隔熱性能，還可以經(jīng)受極端溫度（-196~300℃）環(huán)境而不會發(fā)生脆斷或融化，仍然保持很好的壓縮回彈性。這些特性使該氣凝膠有望應(yīng)用于熱敏感電子器件的隔熱、緩震、電磁干擾防護等領(lǐng)域。
本文亮點
1. 受爬山虎植物的啟發(fā)構(gòu)建了一維酸化碳納米管/二維MXene納米片協(xié)同增強的輕質(zhì)、高導(dǎo)電、超彈性的各向異性MXene/酸化碳納米管氣凝膠（MCA）；
2.
展開 
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(zhàn)和前景
三維氣凝膠由二維過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)或石墨烯納米片構(gòu)成，在電磁干擾屏蔽方面表現(xiàn)出巨大的潛力。這些材料的特點是重量輕，機械性能優(yōu)異，導(dǎo)電性好，比表面積大，具有仿生排列多孔結(jié)構(gòu)的附加優(yōu)勢，可顯著提高EMI屏蔽性能。本文綜述了近年來在MXene或石墨烯基復(fù)合氣凝膠中設(shè)計仿生單向孔隙結(jié)構(gòu)的研究，促進了輕型電磁干擾屏蔽的發(fā)展。全面總結(jié)了具有排列多孔結(jié)構(gòu)的MXene和石墨烯基氣凝膠的制備方法、目前的進展、面臨的挑戰(zhàn)以及未來的前景。這為未來開發(fā)高性能氣凝膠型電磁干擾屏蔽提供了有價值的指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：MXene、石墨烯、氣凝膠、電磁干擾屏蔽
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引言
快速發(fā)展的無線通信技術(shù)和電子設(shè)施在給生活帶來便利的同時，也使我們?nèi)菀资艿诫姶泡椛涞奈廴尽４送猓谠O(shè)備小型化、模塊化的趨勢下，設(shè)備之間的電磁干擾(EMI)日益嚴重。因此，探索具有高屏蔽效能(SE)的電磁干擾屏蔽材料來防止上述問題是必不可少的。最近，二維(2D)材料石墨烯、氧化石墨烯(GO)和過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)已被用作構(gòu)建電磁干擾屏蔽材料的功能構(gòu)建塊，因為它們具有大寬高比、與金屬相當(dāng)?shù)母邔?dǎo)電性和低密度。石墨烯是一種具有蜂窩結(jié)構(gòu)的二維碳材料。碳原子中的三個價電子形成sp2雜化軌道，剩下的一個形成一個大的π鍵，電子可以自由移動。電導(dǎo)率和比表面積可高達106 S/cm和2630 m2/g。同時，單層石墨烯的楊氏模量為~1.1 TPa，也受到了高度評價。此外，由于缺乏額外的官能團，石墨烯通常表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性。對于MXenes來說，它們涉及多種元素和表面末端，這賦予了MXenes可調(diào)的化學(xué)、電氣和機械性能。迄今為止報道的MXene的電導(dǎo)率可以達到104 S/cm量級。
展開 二維MXenes及其納米復(fù)合材料的表面與異質(zhì)表面工程-電催化與光催化研究
【總結(jié)】
自從2011年，一個新的和不斷增長的二維（2D）過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物（MXenes）問世，關(guān)于MXene材料的研究一直沒有停止。近年來MXene在催化方面的研究取得巨大的進展，然而在MXene的催化進展方面仍有很多急需解決的問題。在這篇綜述中，我們系統(tǒng)地總結(jié)了MXenes的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電子性質(zhì)改善光（電）催化HER，OER，ORR，CO2RR、N2RR和污染物降解等領(lǐng)域的研究進展，以及綜述了MXene的物理化學(xué)設(shè)計策略的進展，提出了鮮活有力的觀點和建議，相信對于同領(lǐng)域的其他研究也會具有重要的指導(dǎo)意義。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、霍英東教育基金會高等院校青年教師基金、湖北省自然科學(xué)基金、武漢理工大學(xué)中央高校研究基金以及硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室研究基金的資助。《Chem》世界最權(quán)威的學(xué)術(shù)雜志之一《細胞》（Cell）雜志2016創(chuàng)立的子刊，最新影響因子為14.104，主要發(fā)表化學(xué)領(lǐng)域中的最新研究發(fā)現(xiàn)和科研進展。
展開 浙大《AFM》：一種多孔MXene水凝膠的可控圖案化策略！
(MXenes)因其獨特的性質(zhì)引起了人們極大的關(guān)注。
