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MXene | 超電容、電池、傳感和催化等領(lǐng)域工作

2023-05-20 10:23 作者:北科納米  | 我要投稿

1.Advanced Energy Materials?(IF?29.698)?:

低扭曲 MXene (TiNbC) 手風(fēng)琴陣列可在無枝晶鋰金屬陽極中實(shí)現(xiàn)快速離子擴(kuò)散和電荷轉(zhuǎn)移


  • 鋰金屬陽極的廣泛應(yīng)用對于恢復(fù)高能量密度的鋰金屬電池是必不可少的。然而,金屬鋰陽極的離子擴(kuò)散緩慢和高電荷轉(zhuǎn)移電阻阻礙了其速率能力和實(shí)際應(yīng)用。在這里,低彎曲的MXene陣列是通過類似手風(fēng)琴的TiNbC-MXene分散在疏水表面的超快擴(kuò)散而形成的。低曲折的MXene陣列促進(jìn)了電解質(zhì)的快速滲透,使鋰離子的快速擴(kuò)散。具有Nb種類的MXene陣列顯著改善了電極中的電荷轉(zhuǎn)移,使電場均勻化。因此,低曲折的MXene陣列構(gòu)建的沒有鋰樹突的電極提供了高速率的能力(20 mA cm?2)和長循環(huán)壽命(2500個(gè)循環(huán))。以樹突、低彎曲度MXexene陣列為陽極的全電池,在低負(fù)/正容量比(2.0)的條件下,具有高達(dá)1000個(gè)循環(huán)(4C)的高速率循環(huán)穩(wěn)定性。

  • 本文旨在概述MXene集成復(fù)合材料在鋰電池電極應(yīng)用中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。此外,還強(qiáng)調(diào)和討論了目前在體內(nèi)利用MXenes的挑戰(zhàn)和局限性,并對其作為未來各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用指南的前景進(jìn)行了展望。這篇文章將啟發(fā)研究人員,他們將探索在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中使用這種2D納米材料的特性、機(jī)會和挑戰(zhàn)。

Figure 1.
Figure 3.

2.Materials Today?(IF?26.943):

用于可充電電池中高級隔膜的 MXenes


  • 分離器作為電氣器件不可缺少的組成部分,在電化學(xué)性能中起著關(guān)鍵作用。因此,分離器工程是一種很有前途的構(gòu)建更好的儲能和節(jié)能的方法 Sion系統(tǒng)。MXenes是一類新型的二維過渡金屬氮化物、碳化物和碳化物,由于其高電導(dǎo)率、高等獨(dú)特特性而應(yīng)用于分離工程 e表面積,親水性可控,豐富的表面化學(xué)性質(zhì),和優(yōu)越的機(jī)械性能。自2020年以來,相關(guān)調(diào)查的數(shù)量顯著增加。然而,全面的 關(guān)于這個(gè)話題的評論很少見。

  • 本文系統(tǒng)地介紹了MXenes在可充電電池分離器工程中的應(yīng)用。首先,mxenes的基本原理,包括 綜述了合成技術(shù)、合成技術(shù)和功能化技術(shù)。隨后,介紹了分離器設(shè)計(jì)及其優(yōu)化的基本信息。最后,介紹了MXene的應(yīng)用 綜述了分離器工程及其在可充電電池中的應(yīng)用。最后,提出了基于mxenes的充電分離器的前景和挑戰(zhàn) 提出了可用電池。本文綜述將有助于研究人員在設(shè)計(jì)和構(gòu)建電池、超級電容器、燃料電池等功能分離器方面的應(yīng)用。

  • 最后,提出了基于MXenes的充電分離器的前景和挑戰(zhàn)提出了可用電池。本文綜述將有助于研究人員在設(shè)計(jì)和構(gòu)建電池、超級電容器、燃料電池等功能分離器方面的應(yīng)用。

Figure 2.
Fig. 3.
Fig. 6.

3.Matter?(IF?19.967)?:?

MXene-聚合物雜化納米復(fù)合材料作為高效空氣質(zhì)量監(jiān)測的下一代高性能化學(xué)電阻器的出現(xiàn)


  • 開發(fā)高效的神經(jīng)形態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)對于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的人工智能至關(guān)重要。在這里,我們首次提出了一種基于二維材料 Mxene 的多神經(jīng)形態(tài)功能裝置——一種可切換的神經(jīng)元突觸晶體管 (SNST),可以通過編程實(shí)現(xiàn)突觸或神經(jīng)元功能——并打破神經(jīng)元和突觸之間的界限用于高效神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)的模塊,包括制造效率、資源利用效率和運(yùn)營效率。

  • 由多個(gè) SNST 組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)用于真實(shí)性數(shù)據(jù)識別,可以公平地重新分配神經(jīng)形態(tài)硬件源并調(diào)整硬件網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提高運(yùn)行速度并減少網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)量。最后,開發(fā)了基于SNST的人臉識別硬件系統(tǒng),識別準(zhǔn)確率約為80%。這項(xiàng)工作表明,基于可編程 SNST 的神經(jīng)形態(tài)芯片具有簡單的制造工藝、公平的資源利用和高運(yùn)行速度,在高效和準(zhǔn)確的神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)方面具有巨大潛力。

  • 本文旨在表明基于可編程 SNST 的神經(jīng)形態(tài)芯片具有簡單的制造工藝、公平的資源利用和高運(yùn)行速度,在高效和準(zhǔn)確的神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)方面具有巨大潛力。為集成物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的下一代智能現(xiàn)場部署傳感器的挑戰(zhàn)、潛在解決方案和前景。

Figure 1.
Figure 3.

4.Advanced Functional Materials?(IF?19.924):

邊緣富集的 Mo2TiC2Tx MoS2 異質(zhì)結(jié)構(gòu),具有用于選擇性 NO2 監(jiān)測的耦合接口

MXenes(即過渡金屬碳化物、碳氮化物和氮化物)已成為二維材料的一個(gè)新子類。MXenes由于其優(yōu)異的理化和生物學(xué)特性,近年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注,包括藥物輸送系統(tǒng)、再生醫(yī)學(xué)和生物傳感等。此外,將 MXenes 摻入水凝膠中引起了生物醫(yī)學(xué)工程的極大興趣,因?yàn)樗且环N電活性和機(jī)械納米增強(qiáng)劑,能夠?qū)⒎菍?dǎo)電支架轉(zhuǎn)化為出色的電導(dǎo)體,對電活性器官和組織(如心臟)的工程機(jī)械性能產(chǎn)生令人印象深刻的影響,骨骼肌和神經(jīng)。然而,許多問題和問題仍未解決,需要回答才能引導(dǎo)這些二維材料走向真正的命運(yùn)。本綜述旨在概述?MXene 集成復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,包括心臟組織工程、傷口愈合、感染治療、癌癥治療和生物傳感器。此外,還強(qiáng)調(diào)并討論了當(dāng)前在體內(nèi)利用 MXenes 的挑戰(zhàn)和局限性,然后將其作為未來可能的各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用指南的前景。這篇評論文章將激勵(lì)研究人員尋找在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中使用這種二維納米材料的特性、機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

Fig. 1. a) Schematic illustration of the synthesis of the Mo2TiC2Tx/MoS2 composite. b) Schematic of the Mo2TiC2Tx/MoS2-based gas sensor integrated with a battery and a test circuit for thewireless sensor system.
Fig. 7
Fig. 2.a) SEM, b) TEM, and c) HRTEM images of Mo2TiC2Tx. d) SEM and e) HRTEM images of MoS2. f) SEM, g) TEM, and h) HRTEM images of Mo2TiC2Tx/MoS2 composite.

5.

用于先進(jìn)納米發(fā)電機(jī)的 MXene 基材料

能量收集設(shè)備迫切需要滿足不斷升級的能源消耗的要求。納米發(fā)電機(jī)作為新興的可持續(xù)能量收集裝置,由于從機(jī)械能到電能的有效轉(zhuǎn)化,引起了越來越多的關(guān)注。然而,由于納米發(fā)電機(jī)的輸出性能不足,距離其商業(yè)化應(yīng)用仍有一段距離。最近,用于納米發(fā)電機(jī)的 2D MXenes 憑借其在電負(fù)性、金屬導(dǎo)電性、機(jī)械柔韌性、可調(diào)節(jié)表面化學(xué)等方面的卓越優(yōu)點(diǎn),取得了令人鼓舞的重大進(jìn)展。. 自 2017 年以來,用于納米發(fā)電機(jī)的 MXenes 材料大幅增加。盡管如此,關(guān)于這個(gè)主題的全面評論很少見。在這里,我們系統(tǒng)地回顧了納米發(fā)電機(jī)MXenes的最新進(jìn)展,旨在從基本原理和最新進(jìn)展的角度推動納米發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)設(shè)計(jì)策略。首先,總結(jié)了納米發(fā)電機(jī)的基本背景,概述了用于納米發(fā)電機(jī)的 MXenes 的優(yōu)越性能。隨后,對納米發(fā)電機(jī)MXenes的設(shè)計(jì)策略和內(nèi)部改進(jìn)機(jī)制進(jìn)行了全面的討論和總結(jié)。最后,我們對未來用于納米發(fā)電機(jī)的 MXenes 材料的設(shè)計(jì)策略提出了一些看法。

Figure 2. Overview of MXenes-based materials for nanogenerators.


Figure 2.(a) Dielectric constant and dielectric loss of MXene/P(VDF-TrFE-CFE) with different MXene contents at a frequency of 1 kHz. (b) TEM image of PVDF/MXene nanofiber. (c) Illustration of PVDF/MXene-based TENG.

6.?Angewandte Chemie International Edition?(IF?16.823)?:用于高效滲透能轉(zhuǎn)換的仿生 Ti3C2Tx MXene 離子二極管膜

具有離子二極管行為的仿生非對稱納米流體離子通道可以提高滲透能(所謂的藍(lán)色能量)轉(zhuǎn)換是非??扇〉?,特別是如果它們可以很容易地構(gòu)建和修改。被稱為 MXenes 的二維 (2D) 金屬碳化物和氮化物結(jié)合了親水表面和可調(diào)節(jié)的表面電荷特性,為制備不對稱納米流體離子通道提供了捷徑。在這里,我們報(bào)告了一種機(jī)械堅(jiān)固、靈活且易于放大的非對稱 Ti3C2Tx MXene 基離子二極管膜,具有高度整流的電流,并展示了其在反向電滲析滲透能轉(zhuǎn)換中的潛在用途。在合成海水和河水的鹽度梯度下,我們的離子二極管膜式發(fā)電機(jī)的功率密度為8.6 W m-2,最高可達(dá)17。8 W m-2 在 500 倍鹽度梯度下,性能優(yōu)于最先進(jìn)的膜?;?MXene 的離子二極管型膜的設(shè)計(jì)為開發(fā)大規(guī)模二維納米流體和選擇性離子傳輸提供了一種簡便而通用的策略。

Scheme 3.
Figure 4.

7.Chemical Engineering Journal?(IF?16.744)?:裝載雙活性納米酶的 MXene 可實(shí)現(xiàn)熱療增強(qiáng)的腫瘤納米催化治療

納米酶具有納米材料的酶活性和理化性質(zhì),在腫瘤治療領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而,納米酶在腫瘤微環(huán)境中的低活性導(dǎo)致治療效果有限。在這里,我們報(bào)告了一種集成了 MXene 的納米酶,它表現(xiàn)出雙重催化活性,發(fā)揮協(xié)同作用以增強(qiáng)腫瘤治療。MXene 集成納米酶由負(fù)載在 MXene 上的具有雙重酶樣活性(模擬過氧化氫酶和過氧化物酶)的 CeO2納米酶組成。在這樣的構(gòu)建體中,CeO2納米酶的過氧化氫酶和過氧化物酶樣活性緩解了腫瘤微環(huán)境中的缺氧并提高了氧化應(yīng)激,過表達(dá)的谷胱甘肽 (GSH) 被 CeO 的氧化還原反應(yīng)消耗2納米酶。負(fù)載CeO2納米酶的 MXene 可以結(jié)合光熱效應(yīng)和雙重酶樣活性,從而增強(qiáng)腫瘤納米催化治療,腫瘤生長抑制 (TGI) 效果達(dá)到 92%。負(fù)載雙活性納米酶的 MXene 是未來納米酶催化治療發(fā)展的一種很有前景的材料。

Fig. 1.Schematic diagram of the fabrication progress of Ti3C2/CeO2-PVP nanocomposites with hyperthermia-enhanced tumor nanocatalytic therapy in vivo.
Fig. 4.Evaluation of catalytic activity of Ti3C2/CeO2-PVP nanocomposites.

8.?Energy & Environmental Materials??(IF?15.112):?Accordion 中的電荷均衡器——MXene 改性層導(dǎo)致球形鋰沉積

具有聚合物電解質(zhì)(PEs)的鋰離子電池(LIBs)是高安全性能電池的有希望的候選者。然而,傳統(tǒng)的PEs存在電解質(zhì)-電極界面的兼容性差和高阻抗的問題。在此,我們提出了一種基于界面相容性解決方案的PEs界面改性抑制鋰枝晶的方法。我們的策略是通過在陽極側(cè)的 PE 上涂上乙炔黑 (AB) 和 MXene 的改性層來改善界面性能并抑制枝晶的產(chǎn)生。混合導(dǎo)電層(MCL)可以促進(jìn)Li 3的生成N 和 LiF 具有均勻的電子排列,形成致密的固體電解質(zhì)界面 (SEI) 層和均勻的鋰離子沉積,從而提高電池在循環(huán)過程中的性能和穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作代表了具有良好性能的無枝晶 SLIB 的里程碑。

Figure 1.Schematic diagram of AB and MXene modified layers homogenizing lithium-iondepositions
Fig. 5. Imaginary part of the macroscopic polarizability

9.?Energy?& Environmental Materials??(IF?15.112):用于可穿戴超級電容器和焦耳加熱器的 Ti3C2Tx MXene纖維素納米纖維復(fù)合膜的靜電自組裝

碳化鈦納米片 (MXene) 由于其二維層狀結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性和多功能表面化學(xué)特性,在制造高性能電子產(chǎn)品方面具有巨大潛力。然而,將小型 MXene 納米片組裝成可穿戴電子設(shè)備的柔性宏觀薄膜仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在此,我們報(bào)告了通過聚乙烯亞胺 (PEI) 誘導(dǎo)的靜電自組裝策略將 MXene 納米片和纖維素納米纖維 (CNF) 分層組裝成高性能復(fù)合薄膜。受益于 MXene“磚”和 CNF“砂漿”的珍珠層狀微觀結(jié)構(gòu),PEI 通過氫鍵和靜電相互作用互鎖,復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的柔韌性、高拉伸強(qiáng)度和穩(wěn)定的導(dǎo)電性,這對于可穿戴電子應(yīng)用是有利的。為了提供概念驗(yàn)證設(shè)計(jì),以所制備的復(fù)合膜作為電極制造了對稱準(zhǔn)固態(tài)超級電容器,其比電容為 93.9 mF·cm-2在0.1 mA·cm -2的電流密度和不同彎曲狀態(tài)下幾乎恒定的電容行為。此外,該復(fù)合薄膜具有電熱轉(zhuǎn)化能力和在過氧化氫溶液中完全降解的能力。這些結(jié)果表明,靜電自組裝復(fù)合薄膜在開發(fā)高度靈活、機(jī)械堅(jiān)固和環(huán)保的能量存儲和轉(zhuǎn)換裝置方面具有很大的前景。

Scheme 1.Schematic illustration of the preparation process of the CNF/MXene/PEI film

10.?Journal of Materials Chemistry A?(IF?14.511)?:微波輔助快速合成具有增強(qiáng)贗電容的磷酸鈦無磷摻雜 Ti3C2 MXene

磷 (P) 摻雜是眾所周知的各種能源材料,具有改善的儲能性能,但是對于 Ti3C2 MXene,它仍然很少被探索。開發(fā) P 摻雜 Ti3C2 (P-Ti3C2) 的主要瓶頸是在摻雜過程中形成不希望的電化學(xué)劣質(zhì)磷酸鈦相。在此,我們首次通過快速微波 (MW) 輔助摻雜法 (P-Ti3C2-MW) 生產(chǎn)不含磷酸鈦的 P-Ti3C2 來解決該問題。各種普遍的實(shí)驗(yàn)特征,如不同摻雜方法的影響(常規(guī)加熱與 MW 輔助加熱)、使用不同種類的摻雜源、功能化 Ti3C2 (Ti3C2Tx) 與摻雜源的可調(diào)混合比(1:0 至 1:15)、MW功率 (500-1000 W) 和時(shí)間 (30 秒到 5 分鐘。) 已經(jīng)過優(yōu)化以獲得具有卓越儲能性能的不含磷酸鈦的 P-Ti3C2-MW。詳細(xì)的機(jī)理研究表明,Ti3C2Tx 和植酸 (PA) 等摻雜源通過靜電吸引力的均勻混合。這項(xiàng)工作具有巨大的潛力,可以進(jìn)一步引起人們對無磷酸鈦 P-Ti3C2 基各種適用于能源產(chǎn)生、催化和儲能的復(fù)合材料的開發(fā)的關(guān)注。

Fig. 1.


11.?Journal of Materials Chemistry A?(IF?14.511)??:?用于敏感應(yīng)變傳感和氣體傳感的可拉伸、導(dǎo)電和多孔基于 MXene 的多級結(jié)構(gòu)化纖維

可拉伸和導(dǎo)電纖維是可穿戴智能電子產(chǎn)品的理想選擇,尤其是可穿戴應(yīng)變傳感器。然而,兩個(gè)主要挑戰(zhàn)嚴(yán)格限制了可穿戴應(yīng)變傳感器的發(fā)展:靈敏度和傳感范圍之間的矛盾,以及電導(dǎo)率和機(jī)械性能之間的權(quán)衡。在這里,我們設(shè)計(jì)了一種多級結(jié)構(gòu)化纖維來解決這兩個(gè)問題。該纖維包含一個(gè)多孔傳感芯,MXene 涂層微球分布在彈性基質(zhì)(I 級)中,微結(jié)構(gòu) MXene 護(hù)套具有嵌入皺紋(III 級)圖案中的裂紋(II 級)。這些多個(gè)傳感水平可以協(xié)同響應(yīng)不同大小的拉伸應(yīng)變,從而在寬傳感范圍(0-150%)內(nèi)呈現(xiàn)高靈敏度(從 174 到 298000)。此外,纖維芯內(nèi)的大孔和護(hù)套中的皺紋圖案為傳感纖維提供了與純 PU 相似的高拉伸性(~1000%)和低模量(7.6 MPa)以及高導(dǎo)電性。除了應(yīng)變傳感外,這種光纖還適用于其他一些應(yīng)用,例如氣體傳感,因?yàn)樗Y(jié)合了高導(dǎo)電性和大比表面積。本研究中提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略可以指導(dǎo)未來開發(fā)應(yīng)變敏感納米材料的工作。由于其結(jié)合了高電導(dǎo)率和大比表面積。本研究中提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略可以指導(dǎo)未來開發(fā)應(yīng)變敏感納米材料的工作。

Fig. 1.


MXene | 超電容、電池、傳感和催化等領(lǐng)域工作的評論 (共 條)

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