MXenes及MXenes复合材料的制备及其在能量存储与转换中的应用

综述了新型过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)二维纳米材料的合成及其在电化学能源存储与转换中应用的研究进展,这些应用可以分为如下三类:二次电池、超级电容器以及电化学催化。 由于具有二维结构、金属导电性、亲水性表面以及其它优点,MXene二维纳米材料在这些应用领域展示了良好的性能,而且还可以通过嵌入、复合、掺杂、组装等方法来进一步提高其电化学性能。 本文为新型MXenes以及相关材料的开发、合成和应用提供了思路,这种新型MXenes 材料可以用于能量存储与转换、电子和催化等领域。     

MXenes的制备及其光热性能在癌症治疗中的应用

近年来，过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)作为一种新型二维材料以其独特的晶体特征和结构特性受到越来越多的关注，尤其是在能源、催化、生物医学等领域得到广泛应用。MXenes独特的晶体结构和表面特性赋予其优异的电子、光学、磁性等理化性能。此外，MXenes较大的比表面积和较高的光热转换效率，使其在生物医学领域尤其是肿瘤治疗方面得到大量应用。本文主要介绍了MXenes的合成方法和光热特性，重点总结分析了MXenes的光热性能在癌症治疗中的应用等研究进展，并提出了MXenes在癌症治疗中存在的潜在挑战和前景。     

MXenes的制备及其在环境领域的应用

MXenes是一类新型的二维过渡金属碳/氮化物或碳氮化物,是由Mn₊₁AXn相物质(MAX相)通过剥离而得到的单层或薄层纳米片。独特的二维层状结构、较大的比表面积以及出色的导电性、机械稳定性和磁性等性能,使MXenes迅速成为研究热点,并已广泛应用于储能、催化、吸附等众多领域。本文总结介绍了二维材料MXenes的制备方法,并重点综述其近年来在环境领域的应用研究进展,如吸附重金属、吸附放射性金属、吸附有机物、二氧化碳的选择性吸附、光催化、电催化、膜分离、传感器、生物活性、电磁吸收与屏蔽等进行了总结与回顾,最后对现阶段存在的问题和未来发展进行了分析。     

MXenes在水系锌离子电池中的应用研究进展

水系锌离子电池(AZIBs)作为一种低成本、高安全的新兴且前景广阔的储能技术近年来备受关注。新型MXenes材料由于其独特的结构特征和物理化学性质,如易调节的二维结构、优异的导电性、化学组成多样和可控的表面化学特性,在AZIBs中表现出独特的应用优势。本文全面综述近年来MXenes在AZIBs中应用的研究进展,探讨MXenes应用于AZIBs正负极的结构设计及性能优化策略：在正极方面,MXenes可直接作为活性物质或活性物质前驱体、基体材料,以获得高活性、优异的循环寿命和倍率性能;在负极方面,MXenes可作为锌沉积的二维/三维载体、亲锌基体及锌金属界面保护层,以减缓电化学反应过程中锌金属的腐蚀和枝晶生长。此外,本文也对MXenes基材料在AZIBs中应用的发展方向进行展望。     

MXenes复合材料的发展:界面调控及结构设计

MXenes作为一类新兴的二维材料, 因具有独特的亲水性、 优异的力学性能、 丰富的表面官能团、 高导电率、 光热以及光电效应等性能而成为研究热点, 广泛应用在电磁屏蔽、 电化学储能、 生物医药、 分离、 传感器和海水淡化等领域. 虽然MXenes具有这些优异的性能, 但是其存在的与疏水性高分子相容性差、 带负电的官能团阻碍电解质运输及易氧化等问题限制了其实际应用. 近年来, 通过对MXenes进行界面调控以解决其固有缺陷, 并在此基础上对MXenes进行针对性的结构设计以提升界面稳定性, 其性能得到了进一步提升. 本文对MXenes复合材料发展过程中在界面调控和结构设计方面的研究进展进行总结, 并重点介绍了MXenes的结构和性质及MXenes在复合材料中的界面调控手段, 对MXenes复合材料的结构设计进行了阐述, 并对MXenes复合材料的发展前景进行了展望.     

新型2D MXenes纳米材料在光催化领域的应用

MXenes是一类新型的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物的总称,在物理、化学、材料科学和纳米技术领域产生了巨大的影响。MXenes材料在制备过程中,表面会生成羟基、氟等基团,表面具有亲水性和良好的可见光响应,加上其自身具有比表面积大、活性位点丰富等优点,使其成为一种新兴的光催化材料。本文主要对MXenes及其复合材料在光催化领域的最新研究进展进行总结,简要介绍了MXenes材料的合成方法及理化性质,着重介绍了MXenes及其复合材料作为光催化剂的复合方式,光催化机理等方面的内容,并逐一列举其在光催化氧化与还原反应中的重要作用,最后对MXenes及其复合物的进一步研究提出建议和展望。     

《新型二维纳米材料》专辑序言——新型二维纳米材料:掀起未来技术革命

二维纳米材料是一种具有片状结构,厚度为纳米量级,而水平尺寸可以无限延展的材料。2004年,曼彻斯特大学Andre Geim小组通过机械剥离法成功从石墨中分离出单原子层石墨烯,由此拉开新型二维纳米材料的帷幕。石墨烯高载流子迁移率、超强的机械性能、良好的热力学稳定性、高热导率和大比表面积,引起科学家对新型类石墨烯二维纳米材料的兴趣。新型二维纳米材料其纳米尺寸的厚度赋予它们非凡的物理、化学、电子和光学特性。例如,由于电子被限定在二维平面,使二维纳米材料在凝聚态物理学和电子/光电设备上成为理想材料;大的平面尺寸使其具有极大的比表面积,有利于暴露表面原子提供更多活性位点。二维纳米材料的这些独特性能,使其在能源存储与转化、电子器件、催化反应、传感器、生物医药等领域均有重要的潜在应用价值。现今,新型二维纳米材料已被研制出将近20多种,诸如石墨烯、石墨相碳化氮(g-C3N4)、过渡金属二硫化物(TMDs)、过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)、层状双金属氢氧化物(LDHs)、过渡金属氧化物(TMOs)、Ⅲ~Ⅵ族层状半导体(MX4)和无机钙钛矿型化合物(AMX3)等。本专辑围绕新型二维纳米材料专题,收录了在相关领域具有丰富研究经验的团队所撰写的12篇相关研究的综述文章、研究论文和简报。代表性地呈现新型二维纳米材料在超级电容器、电化学催化、传感、电池、荧光、水处理、阻燃等方面的研究进展,希望借助该专辑的出版,能使广大读者更深入地了解新型二维纳米材料的研究现状和发展趋势,进而推动新型二维纳米材料研究的发展!在此,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的卓越工作和辛勤付出表示衷心的感谢!     

气敏新材料MXenes在呼出气体传感器中的应用

电子鼻结合人工智能对呼出气进行检测、分析和识别已成为非侵入性医疗检测领域的研究热点.然而,目前已报道的气体传感材料尚不能同时满足高灵敏度、高选择性和稳定的室温检测,阻碍了气体传感器在医疗健康领域的应用及发展,寻找合适的传感材料具有重要的意义和挑战.新型二维层状纳米材料MXenes具有种类多、比表面积大、导电性能强、表面...     

MXenes的制备、结构调控及电化学储能应用

MXenes因其独特的二维层状结构、较高的比表面积、优异的导电性、良好的表面亲水性和化学稳定性,受到国内外研究者的广泛关注。近年来,研究者普遍采用含氟刻蚀剂(HF与LiF-HCl等)选择性刻蚀MAX相中的A位元素,制备带有丰富表面基团的多层MXenes材料。由于含氟刻蚀剂的污染问题,当前采用更为绿色环保的无氟刻蚀剂(NaOH与ZnCl₂等)刻蚀MAX相的研究报道越来越多。MXenes的性能与其结构密切相关,不同制备方法对MXenes的层间距和表面基团的影响很大,进而也影响其性能。基于此,本文总结对比了文献中MXenes的制备方法,概述了MXenes层间距和表面基团的调控方法,同时介绍了MXenes在电化学储能方面的应用,最后对今后MXenes研究所面临的挑战和发展方向进行了展望。     

水热诱导溶剂限域单胶束组装合成单层有序介孔氧化钛纳米片

<正>二维纳米材料由于其优异的光学、电化学性能,近年来引起广泛的关注~(1,2)。因为二维孔材料结合了超薄二维材料及多孔材料的特点于一体,具有更高的比表面积促进与反应物的充分接触和传质过程,同时保持二维纳米结构的优异光、电等性质。因此在光化学、电化学、催化、分离等方面体现了更好的应用价值。为了合成出二维孔材料,许多合成方法也相继出现。比如,通过自     

基于MXenes的功能纤维的制备及其在智能可穿戴领域的应用

在电子信息和物联网技术的推动下,人类对可穿戴电子器件和智能织物的需求愈发突出,功能纤维作为智能可穿戴设备的重要载体,近年来获得快速发展。功能纤维的性能很大程度上取决于纤维的基础构筑单元。过渡金属碳/氮化物(MXenes)作为一种新兴的二维材料,凭借其高电导率、优异的可加工性能、可调节的表面特性以及出色的机械强度等优点,受到了极大的关注,也逐渐成为构筑功能纤维的重要单元。本文将主要综述MXenes的湿化学、熔融盐、无氟试剂刻蚀等方法和力学、电学、光学和化学稳定性等性能,阐述基于该材料制备的功能纤维在传感、储能以及其他智能领域的应用,最后讨论了基于MXenes材料的功能纤维的未来应用前景和技术挑战。     

二维金属纳米材料的合成及电催化应用的研究进展

基于各种电化学过程的能源转化技术是未来可持续能源利用和发展的关键, 而催化剂在其中扮演着非常重要的角色. 二维金属纳米材料因其独特的物理化学性质在许多电催化反应中都展现出巨大的应用潜力, 也因此受到了广泛关注. 本文介绍了二维金属纳米材料的常见合成方法与策略, 并综合评述了近年来该类材料在电催化应用领域中的研究进展, 重点探讨了材料的组分和微观结构等因素对其性能的影响机理, 最后对二维金属纳米材料目前所面临的挑战以及未来的研究方向进行了总结与展望.     

超薄二维MOF纳米材料的制备和应用

超薄二维金属有机框架材料(MOF)纳米材料是MOF材料中的一类,不同于传统体相MOF材料,超薄片状结构赋予了它高比表面积、丰富的配位不饱和的金属位点等独特性质,能够有效改善MOF在催化、分离和传感等领域中的性能。本文综述了近年来国内外在超薄二维MOF纳米材料的构建及制备方法的研究进展,其中包括自上而下法、自下而上法以及独立于二者的二维氧化物模板牺牲法等。同时,本文详细讨论了超薄二维MOF纳米材料在气体吸附与气体分离、催化、能量储存和传感平台等领域的应用前景,并对未来超薄二维MOF纳米材料的研究面临的挑战和机遇做了进一步的分析。     

二维纳米材料的改性及其环境污染物治理方面的应用

二维纳米材料是一类具有类似二维平面形态,且厚度在纳米级甚至数个原子层的材料,其种类繁多并且具有很多与体相材料不同的物化性质,在众多领域受到了广泛关注。二维纳米材料在催化降解、吸脱附、过滤、传感检测等领域具有可观的应用潜力,还可用于环境污染的防治。通过形貌、元素、基团、缺陷的修饰、改性和材料合成等策略可以调控二维纳米材料的性质,从而研发新的材料体系或者改善二维纳米材料的性能。本文首先归纳了二维纳米材料的种类,并重点阐述了各种改性策略的作用及研究现状,以及改性的二维纳米材料在治理水体污染、大气污染和污染物检测等方面的应用,为二维纳米材料在环境治理领域的发展现状作了系统介绍和展望。     

水滑石基催化剂催化合成碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料是一类推动能源存储、 多相催化、 高性能复合和生物医药等领域发展的重要材料, 可控合成碳纳米材料对相关领域的发展具有重要意义. 水滑石(LDHs)材料具有层板金属种类及含量可调等特点, 经焙烧、 还原后可制备出金属种类、 密度和粒径分布各异的高分散、 高稳定金属纳米催化剂, 可实现高效催化生长各种类型的碳纳米材料. 此外, 通过调控反应条件和反应器等, 可以影响LDHs基金属纳米催化剂催化生长的碳纳米材料的结构和性能. 本文总结了LDHs基金属纳米催化剂的可控制备、 碳纳米材料结构调控以及利用LDHs基催化剂制备的碳纳米材料的应用等方面的研究工作, 并阐明了催化剂的可控制备是控制合成碳纳米材料的核心手段, 这为利用LDHs基催化剂进一步合成更高性能碳纳米材料的研究指明了方向. 此外, 本文还结合近些年在光、 电及光热催化方面的研究进展, 展望了基于新型LDHs纳米结构生长碳纳米材料的研究前景.     

新型二维纳米材料在电化学领域的应用与发展

以石墨烯为代表的新型二维纳米材料具有独特的结构和优异的电子特性,在电化学各领域具有巨大的应用潜力。 本综述总结了新型二维纳米材料在电化学各领域(能源存储、能源转化和电化学传感)的研究现状和存在的问题。 展望了二维纳米材料在电化学领域的发展趋势。     

二维磁性纳米材料的可控合成及磁性调控

自旋电子学的研究重点在于同时利用电子的电荷和自旋两个自由度对信息进行处理和存储,其具有运行速度快、存储密度高和能耗低等优势。毫无疑问,发展二维磁性纳米材料的可控合成方法及磁性调控策略,对于新型自旋电子学器件的构筑具有重要的科学意义和应用价值。然而,目前得到的二维磁性纳米材料的种类十分有限,而且合成方法及磁性调控手段相对单一,极大地限制了该领域的发展。本文首先根据磁性的来源,对二维磁性纳米材料进行了分类,介绍了诱导产生的磁性和具有本征磁性的二维纳米材料,然后详细地归纳了二维磁性纳米材料常见的合成方法,如机械剥离法、电化学剥离法、化学气相沉积法以及液相合成方法等。此外,着重总结了二维材料磁性的主要调控手段,最后展望了该领域遇到的瓶颈、未来的研究重点及应用前景。     

金属卟啉二维纳米晶的制备及其光电性能

金属卟啉是一种重要的金属-有机复合物,在光电转换器件、催化、传感、医学等领域有着广阔的应用前景。对无机二维纳米材料（石墨烯或过渡金属硫属化合物等）的广泛研究促使金属-有机二维纳米材料成为当前的研究热点之一。本文针对金属-有机以及卟啉二维纳米材料的研究现状,在简要回顾金属-有机二维纳米材料发展历史的基础上,详细总结了金属卟啉单分散二维纳米晶和二维薄膜的制备方法,综述了其当前在太阳能电池、光电催化以及光学传感等方面的应用,最后讨论了金属卟啉二维纳米材料当前面临的研究问题及未来可能的发展方向。     

MXene在电化学传感器中的应用

过渡金属碳化物或氮化物(MXene)作为一种新型的二维层状材料,由于具有良好的导电性、水中分散性、高的生物相容性和稳定性等,在电化学传感领域具有巨大的应用潜力。将MXene与其他纳米材料复合,可以扬长避短,在性能上实现优势协同和功能互补,有效提高电化学传感器的灵敏度和选择性。本文按照检测物的种类进行分类,综述了基于MXene材料构建的电化学传感平台在生物标记物和环境污染物检测中的应用,并讨论了MXene材料在电化学传感领域未来研究发展和应用中所面临的挑战。     

多金属氧酸盐纳米材料的研究进展

多金属氧酸盐纳米材料是一类新型功能材料,由于其具有多酸的强氧化性和强酸性等优异性能,又具有纳米材料的功能特点,在催化合成和药物抗菌等方面具有重要意义。本文综述了近年来多酸纳米材料的合成与应用方面的进展,并对其化学合成的未来及应用进行了展望。