Prog. Mater. Sci. (Jika: 48.165) | 2d mxene dan karbon

Kepentingan karbon, salah satu elemen kehidupan yang paling penting, jelas. Sejak era Paleolitik, manusia telah cuba menggunakan karbon untuk memenuhi keperluan kita yang paling asas. Hari ini, saintis telah berjaya membangunkan bahan karbon penuh dimensi, dari titik kuantum karbon 0D, nanotube karbon atau band 1D, graphene 2D dan busa karbon 3D, dan sebagainya, telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang. Oleh itu, bahan -bahan karbon juga memainkan peranan yang sangat penting di dunia yang kita tinggalkan, melayani kehidupan kita. Kelebihan kos yang tiada tandingannya menjadikannya perintis dan pemimpin dalam banyak bidang aplikasi, dan bahkan dapat diintegrasikan dengan bahan -bahan lain untuk mempunyai prestasi yang lebih baik di beberapa kawasan tertentu.

Sejak penemuan graphene 2D, banyak bahan 2D telah dikaji secara meluas, seperti oksida logam peralihan, chalcogenides logam peralihan, terutamanya termasuk sulfida dan selenida, dan karbida logam peralihan/nitrida, boron nitrida heksagon, LDH berlapis, 2D MOF, fosfen, fosfen, Germane, dan lain -lain. Walaupun bahan -bahan 2D ini mempunyai struktur 2D biasa secara keseluruhan, sifat fizikal dan kimia tertentu berbeza -beza bergantung kepada komposisi kimia, yang juga memberikan keluarga bahan 2D pelbagai aplikasi. Antaranya, karbida logam peralihan berlapis adalah bintang paling hangat dalam dekad yang lalu, yang dipanggil Mxene, disebabkan oleh sifat-sifatnya seperti kekonduksian elektrik, kumpulan fungsional yang kaya dengan permukaan, seperti -f, -OH dan = o, Hydrophilicity yang sangat baik dan elektronegativiti permukaan dan ciri -ciri yang sangat komprehensif yang komprehensif. Oleh kerana ia pertama kali disintesis pada tahun 2011, ia telah menjadi topik penyelidikan yang panas bagi penyelidik di seluruh dunia, kerana kita tahu bahawa kebanyakan bahan 2D mempamerkan penebat, semikonduktor atau semi-logam, jadi penemuan Mxene adalah fajar bahan 2D sistem. Bukan itu sahaja, berbanding dengan komponen terhingga dua dimensi lain, Mxene mempunyai kepelbagaian yang sangat kaya berdasarkan lapisan atom yang berbeza, berkat pesanan atom logam dalam pesawat atau luar pesawat, dari M2X, hingga M3x2, hingga M4x3 dan Baru -baru ini M5X4, yang membawa lebih daripada 100 komponen yang mungkin kepada sistem bahan MXENE. Ini tidak dapat ditandingi oleh bahan lain setakat ini. Lebih penting lagi, menurut keadaan etsa yang berbeza dan kaedah fasa maksimum prekursor, sebilangan besar kumpulan fungsional di permukaan Mxene dapat dikawal, supaya dapat disasarkan menurut senario aplikasi untuk mereka bentuk struktur permukaan yang paling baik . Van der Waals memaksa di antara lapisan Mxene dapat diatasi dengan bantuan medan ultrasonik yang mudah, ditambah pula dengan penolakan elektrostatik yang dihasilkan oleh elektronegativiti antara lapisan Mxene, mudah untuk mendapatkan penyelesaian koloid yang sangat dispersif, dan bahan membran komposit dengan ultra -Flexibility dan kekonduksian ultra tinggi boleh diperolehi dengan pengekstrakan dan penapisan mudah. Kerana sifat komprehensif yang sangat baik ini, 2D Mxene adalah bahan blok bangunan serba boleh yang aplikasinya sejak penemuannya berkisar dari penyimpanan tenaga awal hingga pemangkinan, penderiaan, sel solar dan pelindung elektromagnet yang baru muncul, rawatan air dan bioperubatan.

Terdapat dua pihak untuk segala -galanya, walaupun bahan -bahan Mxene mempunyai banyak kelebihan seperti di atas, tetapi kelemahannya dalam bidang aplikasi tertentu yang harus kita hadapi. Untuk aplikasi penyimpanan tenaga, kekonduksian elektrik dan kekuatan kimia MXENE yang tinggi dapat menyimpan sejumlah besar caj melalui tingkah laku pseudocapacitance. Walau bagaimanapun, prestasi elektrokimia sebenar bahan elektrod berasaskan Mxene bergantung kepada sifat-sifat permukaan yang dikawal oleh keadaan sintesis, dan sering menghadapi fenomena stacking yang serius semasa kitaran caj dan pelepasan jangka panjang. Ia sangat menghalang tingkah laku penyebaran ion. Dan tempoh berat molekul yang lebih tinggi biasanya mempunyai tahap kapasiti teoretikal yang tidak memuaskan. Mxene dalam fasa tulen juga sukar untuk menggambarkan sebagai prestasi yang mencukupi untuk aplikasi pemangkin. Untuk aplikasi lain, keadaan yang sama telah menjadi teka -teki utama bagi penyelidik. Di sini, komposit, adalah cara yang paling berkesan, kerana ia dapat menggabungkan kelebihan komponen yang berbeza, gabungan kedua -duanya mempunyai "reaksi kimia" yang berpotensi, mungkin membawa kesan sinergi untuk bahan -bahan Mxene, mengambil intipati, pergi ke dalamnya Bantu prestasi bahan berasaskan Mxene ke tahap yang baru.

Di sini, kita secara sistematik meringkaskan integrasi struktur "1 + 1> 2", iaitu, "XD Carbon + 2D Mxene = ∞". Menurut dimensi matriks karbon yang berlainan, dari dimensi rendah ke dimensi yang tinggi, titik kuantum 0D ke kerangka karbon 3D, dan integrasi struktur komposit mxene 2D, pertama, menurut pelbagai jenis matriks karbon dan kaedah hibrid yang berbeza, kertas itu meringkaskan dan membandingkan. Kedua, hubungan struktur-aktiviti heterostruktur XD / 2D-karbon / mxene telah dibandingkan mengikut logik prestasi struktur sintesis. Berdasarkan garis masa matriks karbon multi-dimensi dan kompleks Mxene, dari rekombinasi CNT 1D awal, pemasangan graphene 2D, ke beban karbon yang diperolehi 3D, dan lebih baru-baru ini, penambangan titik kuantum karbon 0D, para saintis dapat dengan jelas dapat memahami urat penerokaan. Dari bilangan artikel yang diterbitkan, tidak sukar untuk melihat bahawa bilangan kertas penyelidikan yang berkaitan dengan bahan-bahan Mxene semakin meningkat tahun demi tahun, di antaranya, perkadaran mengenai komposit karbon berasaskan Mxene juga semakin tinggi dan lebih tinggi, dan Lebih penting lagi, ia lebih banyak dan lebih banyak dari segi jenis, yang memuaskan untuk kemajuan penyelidikan Mxene. Akhirnya, kemajuan penyelidikan komposit karbon berasaskan Mxene diringkaskan dan arah penyelidikan masa depan prospek.