MXene粉末的大量制备和应用研究进展OA

【目的】为了突破二维材料的合成瓶颈,将二维纳米材料的生产规模扩大到工业水平,对二维过渡金属碳(氮)化物(transition metal carbide(nitride),MXene)的大量制备问题进行研究。【研究现状】综述HF刻蚀、无氟刻蚀等MXene的合成方法,批量制备MXene粉体的策略,少层和多层MXene粉末的大量制备方法,MXene粉末在锂离子电池、超级电容器、水处理等能源领域的应用等。MXene是一类通过自上而下合成方法制备的二维过渡金属碳化物或氮化物,该工艺易于按反应器体积进行放大;对于单层MXene粉末,目前多采用改进的铵根离子剥离方法(包括逐步剥离和离心辅助聚沉),最终实现少层MXene纳米片粉末的快速大量制备。多层MXene与少层MXene的大量制备方法各有侧重,在放大生产时不会改变其结构或性质,从而具备进一步放大和商业化生产的可行性;多层MXene制备工艺较为成熟,成本较低,但在某些应用中受限于其层间距和剥离效率,相比之下,少层MXene通过插层改性和扩层方法制备,虽制备过程更为复杂,但能显著提高材料的性能,更适合高要求的应用场景。【结论与展望】提出未来的研究将聚焦于开发更高效、低成本的制备技术;新型MXenes不仅继承传统二维纳米材料的优异性能,还表现出类似石墨烯和金属的高导电性(电导率约为8000 S/cm),被广泛应用于能量存储和传感器等领域,对于水处理领域也有重要意义。