北科納米可提供MXene（可定制）

? ? ??自從2011年Ti3C2Tx問世以來，MXenes在2D 無機(jī)功能材料領(lǐng)域打開了一個全新的研究領(lǐng)域，其固有的電子導(dǎo)電性，超親水性，豐富的表面化學(xué)以及層狀結(jié)構(gòu)吸引著眾多研究者的注意力，這可以從MXene研究論文數(shù)量在近些年呈指數(shù)增長得到印證。獨特的性能和易加工性使其成為眾多研究領(lǐng)域中有巨大應(yīng)用潛力的材料，尤其在以超級電容器為代表的的儲能領(lǐng)域當(dāng)中。近日，中科院金屬所王曉輝研究員與青島科技大學(xué)Zhenjiang Li教授在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Chem. Soc. Rev.?上發(fā)表題目為：Emerging 2D MXenes for supercapacitors: status, challenges and prospects的綜述文章，總結(jié)了MXene材料在超級電容器應(yīng)用上的研究進(jìn)展，從制備方法的角度出發(fā)，探究其對MXenes的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)化學(xué)的影響。

圖1.?HF或HCl/LiF刻蝕MAX相進(jìn)而得到MXenes。

圖2.?在KOH溶液中Ti3C2Tx電化學(xué)原位XRD研究與陽離子插層示意圖。

圖3.?電化學(xué)原位XAS數(shù)據(jù)。

圖4.?插層贗電容的電荷儲存機(jī)理。

圖5.?MXene的改進(jìn)設(shè)計策略，包括層間結(jié)構(gòu)設(shè)計，表面化學(xué)設(shè)計和電極結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖6.?通過HF和HCl/LiF合成MXene的1H NMR峰

圖7.??MXene基對稱式不同維度的超級電容器

圖8.??一些MXene基的超級電容器器件組裝示意圖。

圖9.?具有代表性的MXene基超級電容器器件。

MXenes的2D結(jié)構(gòu)，良好的親水性，較高的機(jī)械穩(wěn)定性與獨特的光學(xué)性能，使其成為一類非常有前景的電極材料，可以用于不同類型的超級電容器，其中包括1D，2D和3D對稱式和非對稱式超級電容器，微型超級電容器以及透明的超級電容器等等。盡管已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，仍然還有很多的問題和挑戰(zhàn)亟待研究者們解決。

i) 目前，HF與HCl/LiF刻蝕是最常使用的MXenes刻蝕方法，無論是實驗室還是大規(guī)模生產(chǎn)，其毒性是很大的問題，因此需要探索安全，可靠，和低成本的方法刻蝕現(xiàn)有的和新的MXene材料。

ii）目前，已經(jīng)有超過100種MXene被預(yù)測，但只有30種MXene被成功合成出來，探索新型MXene的刻蝕對整個MXene材料的發(fā)展來說十分重要；

iii）許多研究已表明，表面化學(xué)成分與狀態(tài)對MXenes在酸性溶液中的電化學(xué)性能有很大的影響。因此，對其進(jìn)行表面進(jìn)行表征非常重要，然而，現(xiàn)在還缺少有效的表征方式去區(qū)分羥基，氟基和氧基等官能團(tuán)。

iv）MXenes在超級電容器應(yīng)用中的研究主要集中于水系系統(tǒng)，在有機(jī)溶劑與離子液體中的電化學(xué)性能研究還很少，這也是今后的一個發(fā)展方向。

v) 對于材料來講，化學(xué)與熱力學(xué)穩(wěn)定性是很重要的一個參數(shù)。在水或氧氣存在的環(huán)境下容易氧化，因此，如何控制MXene的長期穩(wěn)定性需要被深入的研究，雖然一些抗氧化劑已經(jīng)被應(yīng)用，但是提升MXene抗氧化能力的有效方法仍急需被研究。

文獻(xiàn)鏈接：

DOI:10.1039/d0cs00175a