Prog Mater. Sci. (Kung: 48.165) | 2d mxene at carbon

Ang kahalagahan ng carbon, isa sa mga pinakamahalagang elemento ng buhay, ay maliwanag sa sarili. Dahil ang panahon ng Paleolithic, sinubukan ng mga tao na gumamit ng carbon upang matugunan ang aming pinaka pangunahing pangangailangan. Ngayon, ang mga siyentipiko ay matagumpay na nakabuo ng mga full-dimensional na mga materyales na carbon, mula sa 0D carbon quantum tuldok, 1D carbon nanotubes o banda, 2D graphene at 3D carbon foam, at iba pa, ay malawakang ginamit sa maraming larangan. Samakatuwid, ang mga materyales sa carbon ay naglalaro din ng isang napakahalagang papel sa mundong nabubuhay natin, na naghahain ng ating buhay. Ang walang kaparis na bentahe ng gastos ay ginagawang isang payunir at pinuno sa maraming mga patlang ng aplikasyon, at maaari rin itong isama sa iba pang mga materyales upang magkaroon ng mas mahusay na pagganap sa ilang mga tiyak na lugar.

Dahil ang pagtuklas ng 2D graphene, maraming mga materyales na 2D ang malawak na pinag -aralan, tulad ng paglipat ng mga metal oxides, paglipat ng metal chalcogenides, higit sa lahat kabilang ang mga sulfides at selenides, at paglipat ng metal carbides/nitride, hexagonal boron nitride, layered LDH, 2D MOF, phosphene, Germane, atbp Kahit na ang mga materyales na 2D na ito ay may isang karaniwang istraktura ng 2D sa kabuuan, ang mga tiyak na pisikal at kemikal na mga katangian ay nag -iiba depende sa komposisyon ng kemikal, na nagbibigay din sa 2D na materyal na pamilya ng isang malawak na hanay ng mga aplikasyon. Kabilang sa mga ito, ang layered transition metal carbide ay ang pinakamainit na bituin sa nakaraang dekada, ang tinatawag na mxene, dahil sa mga katangian na tulad ng ginto ng mga de-koryenteng kondaktibiti, mga pangkat na mayaman sa ibabaw, tulad ng -F, -OH at = O, Napakahusay na hydrophilicity at electronegativity ng ibabaw at iba pang komprehensibong mahusay na mga katangian. Dahil una itong synthesized noong 2011, ito ay naging isang mainit na paksa ng pananaliksik para sa mga mananaliksik sa buong mundo, dahil alam namin na ang karamihan sa mga 2D na materyales ay nagpapakita ng insulating, semiconductor o semi-metal na mga katangian, kaya ang pagtuklas ng mxene ay ang madaling araw ng 2D na materyal System. Hindi lamang iyon, kung ihahambing sa iba pang dalawang-dimensional na mga hangganan na sangkap, si Mxene ay may isang napaka-mayaman na pagkakaiba-iba batay sa iba't ibang mga layer ng atomic, salamat sa in-eroplano o labas ng eroplano na pag-order ng atomic, mula sa M2X, hanggang sa M3X2, hanggang sa M4X3 at Karamihan sa mga kamakailan -lamang na M5X4, na nagdadala ng higit sa 100 posibleng mga sangkap sa sistema ng materyal na MXene. Ito ay hindi magkatugma ng anumang iba pang materyal hanggang ngayon. Mas mahalaga, ayon sa iba't ibang mga kondisyon ng etching at mga pamamaraan ng precursor max phase, ang isang malaking bilang ng mga functional na grupo sa ibabaw ng mxene ay maaaring regulahin, upang maaari itong ma -target ayon sa senaryo ng aplikasyon upang magdisenyo ng pinaka kanais -nais na istraktura sa ibabaw . Ang lakas ng van der waals sa pagitan ng mga layer ng mxene ay maaaring pagtagumpayan ng simpleng tulong sa patlang ng ultrasonic, kasabay ng electrostatic repulsion na nabuo ng electronegativity sa pagitan ng mga layer ng mxene, madaling makakuha ng isang lubos na nakakalat na koloidal na solusyon, at isang composite membrane material na may ultra -flexibility at ultra-high conductivity ay maaaring makuha sa pamamagitan ng simpleng pagkuha at pagsasala. Dahil sa napakahusay na komprehensibong kalikasan na ito, ang 2D mxene ay isang maraming nalalaman na mga bloke ng gusali na ang mga aplikasyon mula nang ang pagtuklas nito ay mula sa paunang pag -iimbak ng enerhiya hanggang sa catalysis, sensing, solar cells at umuusbong na electromagnetic na kalasag, paggamot sa tubig at biomedicine.

Mayroong dalawang panig sa lahat, bagaman ang mga materyales ng mxene ay may maraming mga pakinabang tulad ng nasa itaas, ngunit ang mga kawalan nito sa mga tiyak na patlang ng aplikasyon na dapat nating harapin. Para sa mga aplikasyon ng pag -iimbak ng enerhiya, ang mataas na elektrikal na kondaktibiti at lakas ng kemikal ay maaaring mag -imbak ng isang malaking halaga ng singil sa pamamagitan ng pag -uugali ng pseudocapacitance. Gayunpaman, ang aktwal na pagganap ng electrochemical ng mga materyales na batay sa mxene ay mahigpit na nakasalalay sa mga katangian ng ibabaw na kinokontrol ng mga kondisyon ng synthesis, at madalas na nahaharap sa malubhang mga phenomena sa self-stacking sa panahon ng pangmatagalang singil at paglabas ng mga siklo. Ito ay lubos na humahadlang sa pag -uugali ng pagsasabog ng mga ions. At ang sarili nitong mas mataas na panahon ng timbang ng molekular ay karaniwang may hindi kasiya -siyang antas ng teoretikal na kapasidad. Ang Mxene sa dalisay na yugto nito ay mahirap ding ilarawan bilang pagkakaroon ng sapat na pagganap para sa mga aplikasyon ng catalytic. Para sa iba pang mga aplikasyon, ang isang katulad na sitwasyon ay naging isang pangunahing palaisipan para sa mga mananaliksik. Dito, ang composite, ay ang pinaka -epektibong paraan, sapagkat maaari itong pagsamahin ang mga pakinabang ng iba't ibang mga sangkap, ang kumbinasyon ng dalawa ay may potensyal na "reaksyon ng kemikal", ay maaaring magdala ng mga synergistic na epekto para sa mga materyales sa mxene, kunin ang kakanyahan, pumunta sa dross, at Tulungan ang pagganap ng mga materyales na batay sa mxene sa isang bagong antas.

Dito, sistematikong binubuod namin ang istruktura ng pagsasama ng "1 + 1> 2", iyon ay, "XD carbon + 2d mxene = ∞". Ayon sa iba't ibang mga sukat ng carbon matrix, mula sa mababang sukat hanggang sa mataas na sukat, 0D na dami ng tuldok hanggang sa 3D carbon skeleton, at ang pagsasama ng istruktura ng 2D mxene composite, una, ayon sa iba't ibang uri ng carbon matrix at kaukulang iba't ibang mga pamamaraan ng hybrid, ang papel ay nagbubuod at ikinukumpara. Pangalawa, ang mga ugnayan ng istraktura-aktibidad ng XD / 2D-carbon / mxene heterostructures ay inihambing ayon sa lohika na gumaganap ng synthesis-istraktura. Batay sa timeline ng multi-dimensional na carbon matrix at mxene complex, mula sa paunang pag-recombination ng 1D CNTS, 2D graphene Assembly, hanggang sa 3D na nagmula sa carbon loading, at higit pa kamakailan, ang pag-angkla ng 0D carbon quantum tuldok, ang mga siyentipiko ay maaaring malinaw Unawain ang ugat ng paggalugad. Mula sa bilang ng mga nai-publish na artikulo, hindi mahirap makita na ang bilang ng mga papeles ng pananaliksik na may kaugnayan sa mga materyales na mxene ay tumataas sa bawat taon, bukod dito, ang proporsyon ng pananaliksik sa mga composite na batay sa mxene ay nakakakuha din ng mas mataas at mas mataas, at Mas mahalaga, ito ay higit pa at mas sagana sa mga tuntunin ng mga uri, na kung saan ay nagbibigay -kasiyahan sa pag -unlad ng pananaliksik ng MXene. Sa huli, ang pag-unlad ng pananaliksik ng mga komposisyon ng carbon na batay sa MXene ay na-summarized at ang direksyon ng pananaliksik sa hinaharap ay na-prospect.