二維過渡金屬碳化物和/或氮化物(MXenes)由于其高導(dǎo)電性、豐富的表面官能團(tuán)和在各種溶劑中的優(yōu)異分散性，在能量存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中越來越受到人們的關(guān)注，并顯示出具有競爭力的性能。然而，與其他二維材料一樣，MXene納米片傾向于通過范德華相互作用堆疊在一起，這導(dǎo)致活性位點數(shù)量有限，離子動力學(xué)緩慢，最終導(dǎo)致MXene材料/器件的性能一般。將二維MXene納米片構(gòu)建成三維結(jié)構(gòu)已被證明是減少再堆積的有效策略，因此比常規(guī)的一維和二維結(jié)構(gòu)提供更大的比表面積、更高的孔隙率和更短的離子和質(zhì)量傳遞距離。在這篇綜述中，總結(jié)了制造3D MXene架構(gòu)(3D MXene和基于3D MXene的復(fù)合材料)的常用策略，如模板、組裝、3D打印和其他方法。還特別關(guān)注了3D MXene結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系及其在電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用，包括超級電容器，可充電電池和電催化。最后，作者對3D MXene架構(gòu)/設(shè)備的未來機(jī)遇和挑戰(zhàn)提出了簡要的看法。

創(chuàng)新點

1. 總結(jié)了三維MXene的各種制備方法,包括模板法、組裝法、3D打印等,系統(tǒng)闡述了這一新型結(jié)構(gòu)材料的合成策略。

2. 提出并證明了三維MXene結(jié)構(gòu)可以有效抑制MXene納米片層的重塌現(xiàn)象,從而顯著提高其電化學(xué)性能。與普通的一維、二維MXene相比,三維MXene表現(xiàn)出色的離子和電荷傳輸性能。

3. 首次比較系統(tǒng)地研究了三維MXene在超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池以及電催化方面的電化學(xué)性能與應(yīng)用,展示了其在電化學(xué)儲能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

4. 提出了當(dāng)前三維MXene結(jié)構(gòu)在孔隙形貌控制、大規(guī)模制備、組分設(shè)計等方面的挑戰(zhàn),并展望了未來的研究方向,為三維MXene的持續(xù)發(fā)展提供了指導(dǎo)意義。

總體來說,這篇綜述對三維MXene結(jié)構(gòu)的制備、性能和應(yīng)用進(jìn)行了較為系統(tǒng)和全面的闡述,對該新興結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了很好的總結(jié)。