2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代。随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域。但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用。之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员。
2011年美国Drexel大学的Gogotsi教授和Barsoum教授合作发现了一种新型的二维材料——二维类石墨烯过渡金属碳化物或碳氮化物。研究发现, 通过HF腐蚀Ti3 AlC2 可以制备出相应的二维层状化合物Ti3 C2 [9 ] 。之后, 他们又采用同样的方法蚀刻与Ti3 AlC2 具有类似结构的MAX相材料, 成功制备出相应的二维过渡金属碳化物纳米片[10 -11 ] 。为了强调蚀刻剂HF对MAX相材料中A元素的选择性蚀刻作用, 以及新材料具有类似石墨烯的二维结构, 将这种新材料命名为MXenes相材料。
制备MXene的前驱体是MAX相。20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] 。MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] 。如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 )。MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] 。即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构。迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] 。
图1 MAX相元素在元素周期表上的位置, 插图为MAX相的原子簇示意图[11 ]
Fig. 1 Fragment of the periodic table, showing elements forming MAX phases with general composition Mn +1 AXn [11 ]
图2 三种MAX相的结构示意图
Fig. 2 Structure diagrams of three typical MAX phases
MAX这种新型陶瓷材料综合了陶瓷和金属的优点[24 ] , 并由于具有独特的层状结构, 自润滑、高韧性、可导电, 可用作涂料的保护层、催化剂、高温结构材料、润滑材料等。而由MAX相制得的MXene在具有二维片层状结构的同时兼具表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能等, 有望用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等诸多领域。迄今为止, 已发现了60多种MAX相材料[16 ] 。由于MAX相数量众多, 含有多种元素, 所以蚀刻MAX可以得到大量具有特殊性能的MXene, 这对于二维材料的发展具有深远的影响。
本文综述了现阶段报道的有关MXenes的理论、制备技术和应用等方面的研究成果, 并对存在的问题进行了分析与展望。
1. MXene文献发表情况分析
图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图。MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势。截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次。据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展。其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列。2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章。相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入。近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展。其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文)。燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文。此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] 。
图3 MXene的引文报告数据分析图
Fig. 3 Citation reports analysis of Mxene(a) The number of MXene papers published recently; (b) The number of citations about MXene published recently; (c) The contribution rate of ten main organizations in the 306 papers about MXene; (d) The contribution rate of ten main authors in the 306 papers about MXene
2 理论计算与模拟
目前关于MXene的理论研究主要基于第一性原理计算。理论研究的重点主要在于MXene结构参数的计算以及其结构参数与前驱体MAX相参数的比较, 并且预测了其化学键合特征、稳定性、电子性质、磁性能和力学性能等[36 -46 ] 。
2.1 稳定性
Shein等[36 ] 对MXene和MAX相分别建立了结构模型模拟, 通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理能带结构理论计算出MXene的晶格能为负值, 而晶格能是判断晶体稳定性的重要参数, 晶格能的负值越大晶体越稳定, 因而MXene是可以稳定存在的。MXene的相对稳定性可依据结合能(E coh )来判断, 结合能是晶体中结合原子能力的一种度量, 即系统总能量与组成原子的总能量之差。如表1 所示, Shein等[37 ] 利用第一性原理计算了结合能, 发现随着n 值的增大, Tin +1 AlCn n +1 Nn n +1 Cn n +1 Nn n +1 Cn [36 -37 , 40 ] 利用第一性原理证明了这一观点。
2.2 电子性质
一般通过化学液相法得到的MXene相是不纯的, 表面裸露的M原子会结合F- 、O2- 、OH- 等配体。密度泛函理论表明, 纯粹的MXene相具有金属导电性, 而含有端基的MXene则表现出半导体性质, 并且官能团化的MXene的电子结构与端基的种类及其在二维平面上的定向排列有关[47 ] 。Khazaei等[47 -49 ] 利用第一性原理研究了官能团化M2 C(M=Sc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta)和M’2 N(M’=Ti、Zr、Hf)的表面电子结构和能带结构。图4 是官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图, 图中实线是真空能级的能量位置。其中, 只有带正电荷表面即含有端基OH的MXene的近自由电子态位于费米能级附近, 计算表明OH官能团产生的偶极矩有利于电子转移, 使得MXene具有半导体特性。此外, 还发现Sc2 CF2 、Sc2 C(OH)2 、Sc2 CO2 、Ti2 CO2 、Zr2 CO2 、Hf2 CO2 均为半导体, 它们的能带间隙为0.25~2.0 eV, 并且在低温下具有明显的热电效应, 特别是温度为100 K时, Ti2 CO2 具有很高的塞贝克系数(1140 μV/K)[49 ] , 说明表面基团的存在会影响MXene的电子特性。
图4 官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图[47 ]
Fig. 4 The relative energy position of the lowest NFE state for functionalized MXenes, as well as for graphene, graphane, BN, and MoS2 layers with respect to the Fermi level (E f ) as a function of the work function[47 ]
2.3 磁性能
理论预测纯粹的MXene具有一定的磁性, 而被活性官能团修饰的MXene的磁性会降低甚至消失。WU等[50 ] 以密度泛函理论为研究基础, 系统地探讨了单层Ti3 C2 的磁性能, 预测其磁性来源于表面的Ti1、Ti3层, 而内部的Ti2层是没有磁性的。一旦两个Ti层与活性官能团形成饱和配体, 其磁性将消失。当只有一个Ti层饱和时, 改性的Ti3 C2 单层仍具有铁磁性。Lane等[51 ] 通过第一性原理计算发现Tan +1 Cn 2 CTx 2 NTx
2.4 力学性能
Murat等[52 ] 利用广义梯度近似密度泛函理论对Ti2 C、Ti3 C2 、Ti4 C3 、Ta2 C、Ta3 C2 、Ta4 C3 等MXene相进行第一性原理计算时发现, 沿着MXene基准面拉伸时, 其弹性模量、弯曲强度显著高于相同厚度的多层石墨烯, 力学性能更好。Ling等[53 ] 设计了一系列不同配比的Ti3 C2 Tx 表2 列出了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx 3 C2 Tx [54 -55 ] 。掺入60%聚乙烯醇(PVA)后, 材料强度高达(91±10) MPa, 是纯Ti3 C2 Tx
此外, 理论计算预测含铊[56 ] 或含铟[57 ] 的MAX 相更易于被HF剥蚀, 但是至今还没有成功制备出来, 还需进一步的实验验证。
3 制备技术
MAX相材料中M-A键相对于M-X键结合力较弱, 使得A层原子反应活性比较高, 层间易于滑移。尽管M-A键与M-X键相比结合力较弱, 但是其结合力还是较强的, 不能通过一般的机械剥离法制备MXenes相。现阶段较成熟的制备技术是采用化学液相法蚀刻MAX制备MXenes。
3.1 氢氟酸蚀刻法
一般通过HF溶液可以将MAX相剥离成相应的MXenes。图5 是Ti3 AlC2 被HF腐蚀的过程示意图。HF对Ti3 AlC2 的蚀刻具有选择性, 会优先选择键能较弱的Ti-Al键, 从而由Al原子层连接的Ti-C层逐渐分离, 结构不断沿着c 轴膨胀, 蚀刻方向平行于(0001)基面, 生成相应的MXenes相材料。同时Al原子层的剥离使得Ti-C层中的Ti元素裸露出来, 与溶液中富含的羟基、氟离子等官能团结合形成配合物。反应过程中可能发生的反应有[9 ] :
Ti3 AlC2 + 3HF = AlF3 + 3/2H2 + Ti3 C2 (1)
Ti3 C2 + 2H2 O = Ti3 C2 (OH)2 + H2 (2)
Ti3 C2 + 2HF = Ti3 C2 F2 + H2 (3)
图5 HF剥离Ti3 AlC2 的过程示意图
Fig. 5 Schematic of the exfoliation process for Ti3 AlC2 (a) Ti3 AlC2 structure; (b) Selective etching of the A element from the MAX phases after reaction with HF; (c) surface-terminating functional groups
在利用HF溶液腐蚀MAX相时, HF浓度、反应时间、反应环境温度、MAX相粒径等工艺参数都会影响MXene相的生成。表3 是一些MAX相在不同工艺条件下被HF剥离成MXene相对应的晶格常数c 值。HF腐蚀后c 值明显增大, 在一定程度上证明了A元素的成功剥离及层间距的增大。当HF浓度较低、反应时间太短或反应温度较低时, 不能完全蚀刻掉A层原子得到完善的MXene相; 反之, 较强的腐蚀性则会破坏MAX相的基本结构, 甚至完全溶解掉MAX相。实验表明, 通过氢氟酸蚀刻法得到的MXene相表面含有羟基、氟离子等活性官能团, 端基的存在可能产生空间位阻导致MXene相的性能发生变化。并且实验中使用的HF溶液毒性较大、腐蚀性较强, 在实际操作时具有一定的危险性。因此, 寻找到新的材料来替代HF溶液具有重大意义。
3.2 氢氟酸替代物蚀刻法
2014年, Ghidiu等[23 ] 利用HCl和LiF的混合溶液在40℃下蚀刻Ti3 AlC2 45 h, 成功制备出性能优良的Ti3 C2 二维层状结构材料。所得材料可塑性堪比黏土, 具有较好的柔韧性及一定强度, 可反复折叠而结构保持完整, 还可做成导电薄膜或任意形状的固体。这种薄片具有较大的横向尺寸, 并且没有明显的纳米级缺陷, 说明HCl和LiF组成的蚀刻剂更加温和[62 ] 。类似的, NaF、KF、CsF、[(C4 H9 )4 NF]、CaF2 与HCl或H2 SO4 的混合液也可用作蚀刻剂取代毒性较大的HF。
同年, Halim等[63 ] 用NH4 HF2 替代HF蚀刻MXene相, 发生的可能反应有:
Ti3 AlC2 + 3NH4 HF2 = (NH4 )3 AlF6 + 3/2H2 + Ti3 C2 (4)
Ti3 C2 + a NH4 HF2 + b H2 O = (NH3 )c (NH4 )d Ti3 C2 (OH)x y
该反应进程缓慢, 剥离和插层同时进行, 并且NH3 和NH4 + 同时插层, 使得制备得到的Ti3 C2 Tx
3.3 插层方法
利用氢氟酸或盐酸和氟化物的混合溶液剥离MAX相获得的一般是堆叠的多层MXene相。2013年, Gogotsi等[64 ] 首先使用二甲基亚砜(DMSO)作为插层剂分离堆叠的Ti3 C2 片层, 再通过超声处理将多层MXene分离成单层或者少层的薄片结构。但是DMSO沸点较高, 可能残留在溶液中难以去除, 取代MXene相表面的活性基团, 使得片层粘结起来。之后, 他们又提出了改进的插层剂——四丁基氢氧化铵(TBAOH)、胆碱氢氧化物、正丁胺等, 分离出Ti3 CN、V2 C和Nb2 C薄片[22 , 65 ] 。但是这些插层剂一般只适用于特定的MXene相, 并且尚未获得完整的单层薄片结构, 如何获得高质量的2D MXene薄片仍在探索之中。
在此基础上, 如图6 所示, 笔者[31 ] 通过HF将Ti3 AlC2 剥离成MXene相, 并对其进行钠离子插层与表面接枝磺酸基官能团, 以实现MXene相的均匀分散, 进而提高其电化学活性。XRD分析结果证实Na+ 成功插入了MXene层间, 层间距的增大使得片层之间的结合力减弱, 片层逐渐分离开来, 此时有利于在MXene表面接枝磺酸基官能团, 进行芳基重氮盐改性。图7 是重氮盐表面改性Ti3 C2 前后的红外光谱图, 图中MXene-SO3 H分别在1124 cm-1 和1089 cm-1 处出现的两个峰与S=O键的振动[66 -68 ] 一致, 表明已在Ti3 C2 表面成功接枝了-SO3 H官能团。使用重氮盐溶液作为表面改性剂和偶联剂, 操作简单, 重现性好, 可以适用于其它MXene相材料。此外, 磺酸基的成功接枝理论上可以提高MXene相的电化学活性, 但还需要进一步的实验进行验证。
图6 通过芳基重氮盐表面改性分离多层MXene的示意图[31 ]
Fig. 6 Schematic illustration for delamination process of surface modified MXene multilayers by aryl diazonium salts[31 ]
图7 重氮盐表面改性MXene Ti3 C2 前后的红外光谱图[31 ]
Fig. 7 FTIR spectra of MXene Ti3 C2 before and after surface modification with diazonium salts[31 ]
4 应用
MXene因其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积、良好的导电性、可化学接枝官能团等特征, 可广泛应用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等领域。
4.1 储能
目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上。
MXene作为一种层状结构材料可以容纳离子和分子, 其单位体积的电容量远高于常用的碳材料, 因此从理论上讲可以有效提高锂离子电池(LIBs)的性能。其中关于Ti3 C2 的研究最多, Qing等[19 ] 把Ti3 C2 作为LIB的阳极材料时, 发现其理论储锂容量为320 mAh/g, 可与石墨相媲美(372 mAh/g), 预测锂的扩散势垒在0.07 eV, 远远低于石墨(0.3 eV)。但是实际制备的MXene材料表面含有端基, 而端基的存在会增加锂离子的扩散阻力, 降低锂离子的存储容量。二甲基亚砜(DMSO)插层后, Ti3 C2 Tx C 倍率下的比容量为123.6 mAh/g[61 ] , 高于未插层前的比容量100 mAh/g[64 ] , 具有良好的倍率性能。此外, 官能团化的烷氧基MXene对有机电解质具有更高的亲和力, 因而在LIB中可以表现出更高的锂离子迁移率。
Ti3 C2 还可用作超级电容器的负极材料[73 ] 。Gogotsi等[23 ] 制备的二维碳化钛薄膜电极的体积比电容为245 F/g。而二维碳化钛经分层或插层处理后会产生含氧官能团, 增大电容。Dall’Agnese等[74 ] 通过DMSO插层对Ti3 C2 基电极进行化学改性后发现, Ti3 C2 基材料具有良好的导电性、高倍率充放电电化学稳定性及优异的循环性能, 电化学性能大大提高, 这对于超级电容器电极材料的研究具有重大意义。
Xie等[75 ] 以Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx
4.2 催化
二维MXene具有类似石墨烯的层状结构, 可以为反应提供充足的活性位点, 具有较好的催化活性, 在催化剂方面具有一定的应用前景。Li等[76 ] 将Ti3 C2 Tx 3 C2 T2 纳米复合材料对NaBH4 室温水解产氢具有优异的催化活性, 产氢速率达59.04 L H2 /(gRu ·min), 高于单一的钌基催化剂的产氢速率。类似的, MXene-Cu2 O复合材料相对于单一的MXene或Cu2 O, 能更好地提高高氯酸铵热分解速率, 从而表现出较高的催化活性[77 ] 。此外, 羟基化的MXene相具有很高的化学反应活性, 易与CH2 OH发生取代反应, 可用作酯化反应的催化剂[78 ] 。
4.3 吸附
MXene相是典型的二维层状结构, 具有较大的比表面积, 因而可以用于吸附重金属、有害阴离子和有机污染物等。Peng等[35 ] 制备的碱金属插层的Ti3 C2 (OH/ONa)x 2- x 2+ 有着良好的吸附性能, 并且吸附剂可重复利用, 解吸效率高达95.2%, 可以有效实现饮用水的净化。另外, Mashtalir等[79 ] 研究了Ti3 C2 Tx [80 ] 利用水热法合成了具有光催化活性的TiO2 /Ti3 C2 纳米复合材料, 有望用于空气和污水的净化。
4.4 储氢
研究表明MXene相还具有较高的储氢量和可逆储放氢能力。Hu等[81 ] 致力于研究Ti2 C作为储氢介质的可行性, 发现氢可以吸附在Ti2 C两侧, 计算出的最大储氢容量为8.6wt%。在所有MXene相中, Sc2 C具有最小的相对分子质量, 因此理论上具有最大的比表面积和储氢量(9wt%), 高于Ti2 C的储氢能力[82 ] 。霍苗等[83 ] 制备了不同配比的NaAlH4 + MXene-TiO2 复合材料, 发现当MXene-TiO2 掺量比为10%时, 储氢量最大, 并表现出良好的循环稳定性。
4.5 其它应用
MXene相还具有优良的减摩性能, 可以用作基础油的润滑油添加剂。Yang等[84 ] 研究了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx [85 -86 ] 发现MXene具有优良的固化血红蛋白的能力, 同时还提高了其蛋白活性及稳定性, 这说明MXene有望用在生物传感器上。
5 问题与挑战
综上, 国内外研究者对MXene相新型二维类石墨烯材料进行了理论和实验方面的研究, 发现其具有独特的二维片层状结构、较大的比表面积及良好的导电性, 有望广泛应用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等领域。但是相对于石墨烯的研究而言, 关于MXene相的认识尚在初始阶段, 还存在着下述问题:
1) 有关MXene相的第一性原理研究还不够成熟, 光学、磁性、热电等性能仅限于理论研究, 还需要大量的实验与数据进行认证。目前关于二维碳化钛的理论模拟与计算比较多, 其它MXene相的理论研究甚少或尚未起步。
2) MXene相的制备还有待改进。一般蚀刻得到的MXene薄片都是多层的, 分散不均, 易团聚, 如何制备出少层, 甚至单层的MXene仍是一个难题。虽然表面端基的存在会影响MXene的性能, 但是我们可以选择特定的官能团, 制备出有特殊性能的MXene相。此外, 还要考虑不含端基的MXene相的制备, 除了Al元素的其它MAX相的剥离, Mn +1 Nn
3) 实际应用上也存在一些问题。MXene用作电极材料时, 首次充放电循环电容损失过高; 作为复合材料增强相时, 需要进行表面改性或修饰以使其稳定分散在复合材料基体中等。
The authors have declared that no competing interests exist.
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1
2004
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Research progress of grapheme composites.
1
2013
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications.
1
2010
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Graphene-based materials: synthesis, characterization, properties, and applications.
1
2011
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Pt-Decorated 3D architectures built from graphene and graphitic carbon nitride nanosheets as efficient methanol oxidation catalysts.
1
2014
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
A ternary Pt/MnO2 /graphene nanohybrid with an ultrahigh electrocatalytic activity toward methanol oxidation.
0
2013
Graphene nanoplate-Pt composite as a high performance electrocatalyst for direct methanol fuel cells.
1
2012
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Density functional theory study on the electronic properties and stability of silicene/silicane nanoribbons.
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2015
... 2004年, Geim和Novoselov等[1 ] 通过机械剥离的方法从石墨中成功剥离出仅由一层碳原子构成的薄片, 即二维石墨烯结构, 打破了经典理论“热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在”, 开启了二维材料的新时代.随后科学家们采用氧化还原法、SiC外延法、化学气相沉积法(CVD)等方法制备了更稳定的石墨烯[2 ] , 获得了优异的电学性能、导热性能等[3 -4 ] , 已应用于光学器件、化学传感器、新能源电池等[5 -7 ] 诸多领域.但是石墨烯只含有一种元素碳, 且层与层间的范德瓦尔斯力较弱, 制备过程复杂, 在一定程度上限制了其应用.之后科学家们又相继发现了六方氮化硼、二硫化钼、硅烯等二维结构材料[8 ] , 扩充了二维材料的成员. ...
Two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation of Ti3 AlC2 .
2
2011
... 2011年美国Drexel大学的Gogotsi教授和Barsoum教授合作发现了一种新型的二维材料——二维类石墨烯过渡金属碳化物或碳氮化物.研究发现, 通过HF腐蚀Ti3 AlC2 可以制备出相应的二维层状化合物Ti3 C2 [9 ] .之后, 他们又采用同样的方法蚀刻与Ti3 AlC2 具有类似结构的MAX相材料, 成功制备出相应的二维过渡金属碳化物纳米片[10 -11 ] .为了强调蚀刻剂HF对MAX相材料中A元素的选择性蚀刻作用, 以及新材料具有类似石墨烯的二维结构, 将这种新材料命名为MXenes相材料. ...
... 一般通过HF溶液可以将MAX相剥离成相应的MXenes.图5 是Ti3 AlC2 被HF腐蚀的过程示意图.HF对Ti3 AlC2 的蚀刻具有选择性, 会优先选择键能较弱的Ti-Al键, 从而由Al原子层连接的Ti-C层逐渐分离, 结构不断沿着c 轴膨胀, 蚀刻方向平行于(0001)基面, 生成相应的MXenes相材料.同时Al原子层的剥离使得Ti-C层中的Ti元素裸露出来, 与溶液中富含的羟基、氟离子等官能团结合形成配合物.反应过程中可能发生的反应有[9 ] : ...
Two-dimensional transition metal carbides.
3
2012
... 2011年美国Drexel大学的Gogotsi教授和Barsoum教授合作发现了一种新型的二维材料——二维类石墨烯过渡金属碳化物或碳氮化物.研究发现, 通过HF腐蚀Ti3 AlC2 可以制备出相应的二维层状化合物Ti3 C2 [9 ] .之后, 他们又采用同样的方法蚀刻与Ti3 AlC2 具有类似结构的MAX相材料, 成功制备出相应的二维过渡金属碳化物纳米片[10 -11 ] .为了强调蚀刻剂HF对MAX相材料中A元素的选择性蚀刻作用, 以及新材料具有类似石墨烯的二维结构, 将这种新材料命名为MXenes相材料. ...
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Graphene-like transition- metal nanocarbides and nanonitrides.
3
2013
... 2011年美国Drexel大学的Gogotsi教授和Barsoum教授合作发现了一种新型的二维材料——二维类石墨烯过渡金属碳化物或碳氮化物.研究发现, 通过HF腐蚀Ti3 AlC2 可以制备出相应的二维层状化合物Ti3 C2 [9 ] .之后, 他们又采用同样的方法蚀刻与Ti3 AlC2 具有类似结构的MAX相材料, 成功制备出相应的二维过渡金属碳化物纳米片[10 -11 ] .为了强调蚀刻剂HF对MAX相材料中A元素的选择性蚀刻作用, 以及新材料具有类似石墨烯的二维结构, 将这种新材料命名为MXenes相材料. ...
... MAX相元素在元素周期表上的位置, 插图为MAX相的原子簇示意图[11 ] ...
... Fragment of the periodic table, showing elements forming MAX phases with general composition Mn +1 AXn [11 ] ...
Strukturchemie einiger Verbindungen der Übergangsmetalle mit den elementen C, Si, Ge, Sn.
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1971
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
The Mn +1 AXn phases: a new class of solids: Thermodynamically stable nanolaminates.
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2000
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Preparation and microstructure of Ti3 SiC2 bonded cubic boron nitride superhard composites.
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2014
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Transformation of WPA process from dehydrated into dehydrated-hemihydrates method.
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2010
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
The MAX phases: unique new carbide and nitride materials: ternary ceramics turn out to be surprisingly soft and machinable, yet also heat-tolerant, strong and lightweight.
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2001
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
... MAX这种新型陶瓷材料综合了陶瓷和金属的优点[24 ] , 并由于具有独特的层状结构, 自润滑、高韧性、可导电, 可用作涂料的保护层、催化剂、高温结构材料、润滑材料等.而由MAX相制得的MXene在具有二维片层状结构的同时兼具表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能等, 有望用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等诸多领域.迄今为止, 已发现了60多种MAX相材料[16 ] .由于MAX相数量众多, 含有多种元素, 所以蚀刻MAX可以得到大量具有特殊性能的MXene, 这对于二维材料的发展具有深远的影响. ...
The Mn +1 AXn phases: materials science and thin-film processing.
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2010
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Preparation and tribological properties of Ti3 C2 (OH)2 nanosheets as additives in base oil.
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2014
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Are MXenes promising anode materials for Li ion batteries? Computational studies on electronic properties and Li storage capability of Ti3 C2 and Ti3 C2 X2 (X = F, OH) monolayer.
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2012
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
... MXene作为一种层状结构材料可以容纳离子和分子, 其单位体积的电容量远高于常用的碳材料, 因此从理论上讲可以有效提高锂离子电池(LIBs)的性能.其中关于Ti3 C2 的研究最多, Qing等[19 ] 把Ti3 C2 作为LIB的阳极材料时, 发现其理论储锂容量为320 mAh/g, 可与石墨相媲美(372 mAh/g), 预测锂的扩散势垒在0.07 eV, 远远低于石墨(0.3 eV).但是实际制备的MXene材料表面含有端基, 而端基的存在会增加锂离子的扩散阻力, 降低锂离子的存储容量.二甲基亚砜(DMSO)插层后, Ti3 C2 Tx C 倍率下的比容量为123.6 mAh/g[61 ] , 高于未插层前的比容量100 mAh/g[64 ] , 具有良好的倍率性能.此外, 官能团化的烷氧基MXene对有机电解质具有更高的亲和力, 因而在LIB中可以表现出更高的锂离子迁移率. ...
Graphene-like nanocarbides and nanonitrides of d metals (MXenes): synthesis, properties and simulation.
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2013
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Synthesis and characterization of two-dimensional Nb4 C3 (MXene).
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2014
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
Amine-assisted delamination of Nb2 C MXene for Li-ion energy storage devices.
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2015
... 利用氢氟酸或盐酸和氟化物的混合溶液剥离MAX相获得的一般是堆叠的多层MXene相.2013年, Gogotsi等[64 ] 首先使用二甲基亚砜(DMSO)作为插层剂分离堆叠的Ti3 C2 片层, 再通过超声处理将多层MXene分离成单层或者少层的薄片结构.但是DMSO沸点较高, 可能残留在溶液中难以去除, 取代MXene相表面的活性基团, 使得片层粘结起来.之后, 他们又提出了改进的插层剂——四丁基氢氧化铵(TBAOH)、胆碱氢氧化物、正丁胺等, 分离出Ti3 CN、V2 C和Nb2 C薄片[22 , 65 ] .但是这些插层剂一般只适用于特定的MXene相, 并且尚未获得完整的单层薄片结构, 如何获得高质量的2D MXene薄片仍在探索之中. ...
Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance.
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2014
... 制备MXene的前驱体是MAX相.20世纪60年代, Nowotny团队[12 ] 率先提出了三元过渡金属碳化物或碳氮化物的概念, 此后又发现了多种具有类似结构的化合物, 直到2000年Barsoum等[13 ] 将这类材料统称为Mn +1 AXn 图1 所示为MAX相元素在元素周期表中的位置, 其中M为过渡族金属元素, A为Ⅲ或Ⅳ族元素[14 -15 ] , X为C或N元素, n 一般为1, 2或3[16 -17 ] .MXene的化学通式是Mn +1 Xn z [18 -19 ] .如图2 所示, 根据n 取值的不同, 可将MAX分为211系(如Ti2 SnC)、312系(如Ti3 SiC2 )和413系(如Ti4 AlN3 ).MAX属于六方晶系, 是由交替排列的Mn +1 Xn [20 ] .即通过适当的方法(化学液相蚀刻法)将A层从结构中去除, 从而获得一种新型的二维堆叠层状结构.迄今为止, 已成功制备出了Ti2 C、Ti3 C2 、Ti3 CN、V2 C、Nb2 C、TiNbC、Nb4 C3 、Ta4 C3 、(Ti0.5 Nb0.5 )2 C和(V0.5 Cr0.5 )3 C2 等MXene相[10 , 21 -23 ] . ...
... 2014年, Ghidiu等[23 ] 利用HCl和LiF的混合溶液在40℃下蚀刻Ti3 AlC2 45 h, 成功制备出性能优良的Ti3 C2 二维层状结构材料.所得材料可塑性堪比黏土, 具有较好的柔韧性及一定强度, 可反复折叠而结构保持完整, 还可做成导电薄膜或任意形状的固体.这种薄片具有较大的横向尺寸, 并且没有明显的纳米级缺陷, 说明HCl和LiF组成的蚀刻剂更加温和[62 ] .类似的, NaF、KF、CsF、[(C4 H9 )4 NF]、CaF2 与HCl或H2 SO4 的混合液也可用作蚀刻剂取代毒性较大的HF. ...
... Ti3 C2 还可用作超级电容器的负极材料[73 ] .Gogotsi等[23 ] 制备的二维碳化钛薄膜电极的体积比电容为245 F/g.而二维碳化钛经分层或插层处理后会产生含氧官能团, 增大电容.Dall’Agnese等[74 ] 通过DMSO插层对Ti3 C2 基电极进行化学改性后发现, Ti3 C2 基材料具有良好的导电性、高倍率充放电电化学稳定性及优异的循环性能, 电化学性能大大提高, 这对于超级电容器电极材料的研究具有重大意义. ...
Progress in research and development on MAX phases: a family of layered ternary compounds.
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2011
... MAX这种新型陶瓷材料综合了陶瓷和金属的优点[24 ] , 并由于具有独特的层状结构, 自润滑、高韧性、可导电, 可用作涂料的保护层、催化剂、高温结构材料、润滑材料等.而由MAX相制得的MXene在具有二维片层状结构的同时兼具表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能等, 有望用于储能、催化、吸附、储氢、传感器以及新型聚合物增强基复合材料等诸多领域.迄今为止, 已发现了60多种MAX相材料[16 ] .由于MAX相数量众多, 含有多种元素, 所以蚀刻MAX可以得到大量具有特殊性能的MXene, 这对于二维材料的发展具有深远的影响. ...
25th anniversary article: MXenes: a new family of two-dimensional materials.
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2014
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Preparation, mechanical and anti-friction performance of MXene/polymer composites.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Interacting carbon nitride and titanium carbide nanosheets for high-performance oxygen evolution.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
A Ti-anchored Ti2 CO2 monolayer (MXene) as a single-atom catalyst for CO oxidation.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Structural transformation of MXene (V2 C, Cr2 C, and Ta2 C) with O groups during lithiation: A first-principles investigation.
1
2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
High adsorption capacity of heavy metals on two-dimensional MXenes: an ab initio study with molecular dynamics simulation.
1
2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Surface modified MXene Ti3 C2 multilayers by aryl diazonium salts leading to large-scale delamination.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
... [31 -32 ]. ...
... 在此基础上, 如图6 所示, 笔者[31 ] 通过HF将Ti3 AlC2 剥离成MXene相, 并对其进行钠离子插层与表面接枝磺酸基官能团, 以实现MXene相的均匀分散, 进而提高其电化学活性.XRD分析结果证实Na+ 成功插入了MXene层间, 层间距的增大使得片层之间的结合力减弱, 片层逐渐分离开来, 此时有利于在MXene表面接枝磺酸基官能团, 进行芳基重氮盐改性.图7 是重氮盐表面改性Ti3 C2 前后的红外光谱图, 图中MXene-SO3 H分别在1124 cm-1 和1089 cm-1 处出现的两个峰与S=O键的振动[66 -68 ] 一致, 表明已在Ti3 C2 表面成功接枝了-SO3 H官能团.使用重氮盐溶液作为表面改性剂和偶联剂, 操作简单, 重现性好, 可以适用于其它MXene相材料.此外, 磺酸基的成功接枝理论上可以提高MXene相的电化学活性, 但还需要进一步的实验进行验证. ...
... 通过芳基重氮盐表面改性分离多层MXene的示意图[31 ] ...
... Schematic illustration for delamination process of surface modified MXene multilayers by aryl diazonium salts[31 ] ...
... 重氮盐表面改性MXene Ti3 C2 前后的红外光谱图[31 ] ...
... FTIR spectra of MXene Ti3 C2 before and after surface modification with diazonium salts[31 ] ...
Enhancement of the electrical properties of MXene Ti3 C2 nanosheets by post-treatments of alkalization and calcination.
2
2015
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
... -32 ]. ...
Fabrication and thermal stability of two-dimensional carbide Ti3 C2 nanosheets.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Magnetic and electronic properties of transition metal doped Sc2 CT2 (T = O, OH or F) by a first principles study.
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2016
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
Unique lead adsorption behavior of activated hydroxyl group in two-dimensional titanium carbide.
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2014
... 图3 是在Web of Science上以MXene*为搜索关键词, 核心合集为搜索范围得到的引文报告(截至2017年3月30日), (a)图和(b)图分别是MXene近些年出版的文献数和引文数, (c)图和(d)图则是对检索结果按机构、作者分类, 分别选取发表论文数量最多的十个机构、作者分析得到的柱状图.MXene材料自2011年发现以来, 研究热度越来越高, 发表的论文数呈现指数型增长趋势.截止到2017年3月30日, 发表论文已经达到306篇, 相关文献被引用总次数已经达到6168次.据统计, 截至2017年3月30日, Barsoum研究小组已发表相关论文75篇, 在MXene及其复合材料制备、柔性电极设计合成等方面取得了突破性进展.其中, 2012年发表文献[10 ] 截至2017年3月30号已被引331次, 被归入化学领域中最优秀的1%之列.2014年发表文献[25 ] 也被列入材料科学学术领域的优秀文章.相对而言, 国内关于MXene的研究还不够深入.近年来, 河南理工大学[26 -27 ] 、南开大学[28 ] 、燕山大学[29 ] 、北京大学[30 ] 、河海大学[31 -32 ] 和中国科学院[33 -34 ] 等高校和研究院所均针对MXene进行了一系列研究, 在理论及应用方面取得了一定进展.其中, 河南理工大学的周爱国已发表相关论文20篇(含合作发表论文).燕山大学彭秋明等发表的文献[35 ] 已成为高被引论文.此外, 笔者已成功制备出结构稳定的MXene, 并且进行了钠离子插层以增大层间距, 同时使用重氮盐溶液作为表面改性剂进行化学修饰, 证实了其优异的物化性质[31 -32 ] . ...
... MXene相是典型的二维层状结构, 具有较大的比表面积, 因而可以用于吸附重金属、有害阴离子和有机污染物等.Peng等[35 ] 制备的碱金属插层的Ti3 C2 (OH/ONa)x 2- x 2+ 有着良好的吸附性能, 并且吸附剂可重复利用, 解吸效率高达95.2%, 可以有效实现饮用水的净化.另外, Mashtalir等[79 ] 研究了Ti3 C2 Tx [80 ] 利用水热法合成了具有光催化活性的TiO2 /Ti3 C2 纳米复合材料, 有望用于空气和污水的净化. ...
Graphene-like titanium carbides and nitrides Tin +1 Cn , Tin +1 Nn (n= 1, 2, and 3) from de-intercalated MAX phases: First-principles probing of their structural, electronic properties and relative stability.
3
2012
... 目前关于MXene的理论研究主要基于第一性原理计算.理论研究的重点主要在于MXene结构参数的计算以及其结构参数与前驱体MAX相参数的比较, 并且预测了其化学键合特征、稳定性、电子性质、磁性能和力学性能等[36 -46 ] . ...
... Shein等[36 ] 对MXene和MAX相分别建立了结构模型模拟, 通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理能带结构理论计算出MXene的晶格能为负值, 而晶格能是判断晶体稳定性的重要参数, 晶格能的负值越大晶体越稳定, 因而MXene是可以稳定存在的.MXene的相对稳定性可依据结合能(E coh )来判断, 结合能是晶体中结合原子能力的一种度量, 即系统总能量与组成原子的总能量之差.如表1 所示, Shein等[37 ] 利用第一性原理计算了结合能, 发现随着n 值的增大, Tin +1 AlCn n +1 Nn n +1 Cn n +1 Nn n +1 Cn [36 -37 , 40 ] 利用第一性原理证明了这一观点. ...
... [36 -37 , 40 ]利用第一性原理证明了这一观点. ...
Planar nano-block structures Tin +1 Al0.5 Cn and Tin +1 Cn (n = 1, and 2) from MAX phases: structural, electronic properties and relative stability from first principles calculations.
4
2012
... Shein等[36 ] 对MXene和MAX相分别建立了结构模型模拟, 通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理能带结构理论计算出MXene的晶格能为负值, 而晶格能是判断晶体稳定性的重要参数, 晶格能的负值越大晶体越稳定, 因而MXene是可以稳定存在的.MXene的相对稳定性可依据结合能(E coh )来判断, 结合能是晶体中结合原子能力的一种度量, 即系统总能量与组成原子的总能量之差.如表1 所示, Shein等[37 ] 利用第一性原理计算了结合能, 发现随着n 值的增大, Tin +1 AlCn n +1 Nn n +1 Cn n +1 Nn n +1 Cn [36 -37 , 40 ] 利用第一性原理证明了这一观点. ...
... -37 , 40 ]利用第一性原理证明了这一观点. ...
... Tin +1 AlCn n +1 Al0.5 Cn n +1 Cn E coh 及结合能差ΔE coh [37 ] ...
... Cohesive energies ( E coh , ) and differences in E coh ( ΔE ) for MAX Tin +1 AlCn n +1 Al0.5 Cn n +1 Cn [37 ] ...
Atomic structure, comparative stability and electronic properties of hydroxylated Ti2 C and Ti3 C2 nanotubes.
0
2012
Vibrational properties of Ti3 C2 and Ti3 C2 T2 (T = O, F, OH) monosheets by first-principles calculations: a comparative study.
0
2015
Two-dimensional titanium carbonitrides and their hydroxylated derivatives: structural, electronic properties and stability of MXenes Ti3 C2 -x Nx (OH)2 from DFTB calculations.
1
2013
... Shein等[36 ] 对MXene和MAX相分别建立了结构模型模拟, 通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理能带结构理论计算出MXene的晶格能为负值, 而晶格能是判断晶体稳定性的重要参数, 晶格能的负值越大晶体越稳定, 因而MXene是可以稳定存在的.MXene的相对稳定性可依据结合能(E coh )来判断, 结合能是晶体中结合原子能力的一种度量, 即系统总能量与组成原子的总能量之差.如表1 所示, Shein等[37 ] 利用第一性原理计算了结合能, 发现随着n 值的增大, Tin +1 AlCn n +1 Nn n +1 Cn n +1 Nn n +1 Cn [36 -37 , 40 ] 利用第一性原理证明了这一观点. ...
Enhanced and tunable surface plasmons in two-dimensional Ti3 C2 stacks: Electronic structure versus boundary effects.
0
2014
Hybrid density functional study of structural and electronic properties of functionalized Tin +1 Xn (X=C, N) monolayers.
0
2013
Manipulation of electronic and magnetic properties of M2 C (M=Hf, Nb, Sc, Ta, Ti, V, Zr) monolayer by applying mechanical strains.
0
2014
First-principles study on structural, electronic and elastic properties of graphene-like hexagonal Ti2 C monolayer.
0
2014
Electronic and optical properties of 2D graphene-like compounds titanium carbides and nitrides: DFT calculations.
0
2014
Correlation effects and spin-orbit interactions in two-dimensional hexagonal 5d transition metal carbides, Tan +1 Cn (n = 1, 2, 3).
1
2013
... 目前关于MXene的理论研究主要基于第一性原理计算.理论研究的重点主要在于MXene结构参数的计算以及其结构参数与前驱体MAX相参数的比较, 并且预测了其化学键合特征、稳定性、电子性质、磁性能和力学性能等[36 -46 ] . ...
Nearly free electron states in MXenes.
4
2016
... 一般通过化学液相法得到的MXene相是不纯的, 表面裸露的M原子会结合F- 、O2- 、OH- 等配体.密度泛函理论表明, 纯粹的MXene相具有金属导电性, 而含有端基的MXene则表现出半导体性质, 并且官能团化的MXene的电子结构与端基的种类及其在二维平面上的定向排列有关[47 ] .Khazaei等[47 -49 ] 利用第一性原理研究了官能团化M2 C(M=Sc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta)和M’2 N(M’=Ti、Zr、Hf)的表面电子结构和能带结构.图4 是官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图, 图中实线是真空能级的能量位置.其中, 只有带正电荷表面即含有端基OH的MXene的近自由电子态位于费米能级附近, 计算表明OH官能团产生的偶极矩有利于电子转移, 使得MXene具有半导体特性.此外, 还发现Sc2 CF2 、Sc2 C(OH)2 、Sc2 CO2 、Ti2 CO2 、Zr2 CO2 、Hf2 CO2 均为半导体, 它们的能带间隙为0.25~2.0 eV, 并且在低温下具有明显的热电效应, 特别是温度为100 K时, Ti2 CO2 具有很高的塞贝克系数(1140 μV/K)[49 ] , 说明表面基团的存在会影响MXene的电子特性. ...
... [47 -49 ]利用第一性原理研究了官能团化M2 C(M=Sc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta)和M’2 N(M’=Ti、Zr、Hf)的表面电子结构和能带结构.图4 是官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图, 图中实线是真空能级的能量位置.其中, 只有带正电荷表面即含有端基OH的MXene的近自由电子态位于费米能级附近, 计算表明OH官能团产生的偶极矩有利于电子转移, 使得MXene具有半导体特性.此外, 还发现Sc2 CF2 、Sc2 C(OH)2 、Sc2 CO2 、Ti2 CO2 、Zr2 CO2 、Hf2 CO2 均为半导体, 它们的能带间隙为0.25~2.0 eV, 并且在低温下具有明显的热电效应, 特别是温度为100 K时, Ti2 CO2 具有很高的塞贝克系数(1140 μV/K)[49 ] , 说明表面基团的存在会影响MXene的电子特性. ...
... 官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图[47 ] ...
... The relative energy position of the lowest NFE state for functionalized MXenes, as well as for graphene, graphane, BN, and MoS2 layers with respect to the Fermi level (E f ) as a function of the work function[47 ] ...
Top-down fabrication of two-dimensional nanomaterials: controllable liquid phase exfoliation.
0
2016
Novel electronic and magnetic properties of two-dimensional transition metal carbides and Nitrides.
2
2013
... 一般通过化学液相法得到的MXene相是不纯的, 表面裸露的M原子会结合F- 、O2- 、OH- 等配体.密度泛函理论表明, 纯粹的MXene相具有金属导电性, 而含有端基的MXene则表现出半导体性质, 并且官能团化的MXene的电子结构与端基的种类及其在二维平面上的定向排列有关[47 ] .Khazaei等[47 -49 ] 利用第一性原理研究了官能团化M2 C(M=Sc、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta)和M’2 N(M’=Ti、Zr、Hf)的表面电子结构和能带结构.图4 是官能团化MXenes、石墨烯、烷、BN、MoS2 的最低近自由电子态和费米能级(E f )的相对能量与功函数的关系图, 图中实线是真空能级的能量位置.其中, 只有带正电荷表面即含有端基OH的MXene的近自由电子态位于费米能级附近, 计算表明OH官能团产生的偶极矩有利于电子转移, 使得MXene具有半导体特性.此外, 还发现Sc2 CF2 、Sc2 C(OH)2 、Sc2 CO2 、Ti2 CO2 、Zr2 CO2 、Hf2 CO2 均为半导体, 它们的能带间隙为0.25~2.0 eV, 并且在低温下具有明显的热电效应, 特别是温度为100 K时, Ti2 CO2 具有很高的塞贝克系数(1140 μV/K)[49 ] , 说明表面基团的存在会影响MXene的电子特性. ...
... [49 ], 说明表面基团的存在会影响MXene的电子特性. ...
Theoretical understanding of magnetic and electronic structures of Ti3 C2 monolayer and its derivatives.
1
2015
... 理论预测纯粹的MXene具有一定的磁性, 而被活性官能团修饰的MXene的磁性会降低甚至消失.WU等[50 ] 以密度泛函理论为研究基础, 系统地探讨了单层Ti3 C2 的磁性能, 预测其磁性来源于表面的Ti1、Ti3层, 而内部的Ti2层是没有磁性的.一旦两个Ti层与活性官能团形成饱和配体, 其磁性将消失.当只有一个Ti层饱和时, 改性的Ti3 C2 单层仍具有铁磁性.Lane等[51 ] 通过第一性原理计算发现Tan +1 Cn 2 CTx 2 NTx
Electronic structure and magnetism in two-dimensional hexagonal 5d transition metal carbides, Tan +1 Cn (n=1, 2, 3).
1
2013
... 理论预测纯粹的MXene具有一定的磁性, 而被活性官能团修饰的MXene的磁性会降低甚至消失.WU等[50 ] 以密度泛函理论为研究基础, 系统地探讨了单层Ti3 C2 的磁性能, 预测其磁性来源于表面的Ti1、Ti3层, 而内部的Ti2层是没有磁性的.一旦两个Ti层与活性官能团形成饱和配体, 其磁性将消失.当只有一个Ti层饱和时, 改性的Ti3 C2 单层仍具有铁磁性.Lane等[51 ] 通过第一性原理计算发现Tan +1 Cn 2 CTx 2 NTx
First principles study of two-dimensional early transition metal carbides.
1
2012
... Murat等[52 ] 利用广义梯度近似密度泛函理论对Ti2 C、Ti3 C2 、Ti4 C3 、Ta2 C、Ta3 C2 、Ta4 C3 等MXene相进行第一性原理计算时发现, 沿着MXene基准面拉伸时, 其弹性模量、弯曲强度显著高于相同厚度的多层石墨烯, 力学性能更好.Ling等[53 ] 设计了一系列不同配比的Ti3 C2 Tx 表2 列出了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx 3 C2 Tx [54 -55 ] .掺入60%聚乙烯醇(PVA)后, 材料强度高达(91±10) MPa, 是纯Ti3 C2 Tx
Flexible and conductive MXene films and nanocomposites with high capacitance.
3
2014
... Murat等[52 ] 利用广义梯度近似密度泛函理论对Ti2 C、Ti3 C2 、Ti4 C3 、Ta2 C、Ta3 C2 、Ta4 C3 等MXene相进行第一性原理计算时发现, 沿着MXene基准面拉伸时, 其弹性模量、弯曲强度显著高于相同厚度的多层石墨烯, 力学性能更好.Ling等[53 ] 设计了一系列不同配比的Ti3 C2 Tx 表2 列出了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx 3 C2 Tx [54 -55 ] .掺入60%聚乙烯醇(PVA)后, 材料强度高达(91±10) MPa, 是纯Ti3 C2 Tx
... Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx [53 ] ...
... Physical properties of Ti3 C2 Tx , Ti3 C2 Tx /PVA and PVA films[53 ] ...
Preparation and characterization of graphene oxide paper.
1
2007
... Murat等[52 ] 利用广义梯度近似密度泛函理论对Ti2 C、Ti3 C2 、Ti4 C3 、Ta2 C、Ta3 C2 、Ta4 C3 等MXene相进行第一性原理计算时发现, 沿着MXene基准面拉伸时, 其弹性模量、弯曲强度显著高于相同厚度的多层石墨烯, 力学性能更好.Ling等[53 ] 设计了一系列不同配比的Ti3 C2 Tx 表2 列出了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx 3 C2 Tx [54 -55 ] .掺入60%聚乙烯醇(PVA)后, 材料强度高达(91±10) MPa, 是纯Ti3 C2 Tx
Freestanding bucky paper with high strength from multi-wall carbon nanotubes.
1
2012
... Murat等[52 ] 利用广义梯度近似密度泛函理论对Ti2 C、Ti3 C2 、Ti4 C3 、Ta2 C、Ta3 C2 、Ta4 C3 等MXene相进行第一性原理计算时发现, 沿着MXene基准面拉伸时, 其弹性模量、弯曲强度显著高于相同厚度的多层石墨烯, 力学性能更好.Ling等[53 ] 设计了一系列不同配比的Ti3 C2 Tx 表2 列出了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx 3 C2 Tx [54 -55 ] .掺入60%聚乙烯醇(PVA)后, 材料强度高达(91±10) MPa, 是纯Ti3 C2 Tx
First principles calculations of the relative stability, structure and electronic properties of two dimensional metal carbides and nitrides
1
2014
... 此外, 理论计算预测含铊[56 ] 或含铟[57 ] 的MAX 相更易于被HF剥蚀, 但是至今还没有成功制备出来, 还需进一步的实验验证. ...
The effect of the interlayer element on the exfoliation of layered MoAC (A = Al, Si, P, Ga, Ge, As or In) MAX phases into two-dimensional MoC nanosheets.
1
2014
... 此外, 理论计算预测含铊[56 ] 或含铟[57 ] 的MAX 相更易于被HF剥蚀, 但是至今还没有成功制备出来, 还需进一步的实验验证. ...
New two-dimensional niobium and vanadium carbides as promising materials for Li-ion batteries.
0
2013
Loading actinides in multilayered structures for nuclear waste treatment: the first case study of uranium capture with vanadium carbide MXene.
0
2016
Synthesis of a new graphene-like transition metal carbide by de-intercalating Ti3 AlC2 .
0
2013
Two-dimensional Ti3 C2 as anode material for Li-ion batteries.
1
2014
... MXene作为一种层状结构材料可以容纳离子和分子, 其单位体积的电容量远高于常用的碳材料, 因此从理论上讲可以有效提高锂离子电池(LIBs)的性能.其中关于Ti3 C2 的研究最多, Qing等[19 ] 把Ti3 C2 作为LIB的阳极材料时, 发现其理论储锂容量为320 mAh/g, 可与石墨相媲美(372 mAh/g), 预测锂的扩散势垒在0.07 eV, 远远低于石墨(0.3 eV).但是实际制备的MXene材料表面含有端基, 而端基的存在会增加锂离子的扩散阻力, 降低锂离子的存储容量.二甲基亚砜(DMSO)插层后, Ti3 C2 Tx C 倍率下的比容量为123.6 mAh/g[61 ] , 高于未插层前的比容量100 mAh/g[64 ] , 具有良好的倍率性能.此外, 官能团化的烷氧基MXene对有机电解质具有更高的亲和力, 因而在LIB中可以表现出更高的锂离子迁移率. ...
Kinetics of aluminum extraction from Ti3 AlC2 in hydrofluoric acid.
1
2013
... 2014年, Ghidiu等[23 ] 利用HCl和LiF的混合溶液在40℃下蚀刻Ti3 AlC2 45 h, 成功制备出性能优良的Ti3 C2 二维层状结构材料.所得材料可塑性堪比黏土, 具有较好的柔韧性及一定强度, 可反复折叠而结构保持完整, 还可做成导电薄膜或任意形状的固体.这种薄片具有较大的横向尺寸, 并且没有明显的纳米级缺陷, 说明HCl和LiF组成的蚀刻剂更加温和[62 ] .类似的, NaF、KF、CsF、[(C4 H9 )4 NF]、CaF2 与HCl或H2 SO4 的混合液也可用作蚀刻剂取代毒性较大的HF. ...
Transparent conductive two-dimensional titanium carbide epitaxial thin films.
2
2014
... 同年, Halim等[63 ] 用NH4 HF2 替代HF蚀刻MXene相, 发生的可能反应有: ...
... 目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上. ...
Intercalation and delamination of layered carbides and carbonitrides.
2
2013
... 利用氢氟酸或盐酸和氟化物的混合溶液剥离MAX相获得的一般是堆叠的多层MXene相.2013年, Gogotsi等[64 ] 首先使用二甲基亚砜(DMSO)作为插层剂分离堆叠的Ti3 C2 片层, 再通过超声处理将多层MXene分离成单层或者少层的薄片结构.但是DMSO沸点较高, 可能残留在溶液中难以去除, 取代MXene相表面的活性基团, 使得片层粘结起来.之后, 他们又提出了改进的插层剂——四丁基氢氧化铵(TBAOH)、胆碱氢氧化物、正丁胺等, 分离出Ti3 CN、V2 C和Nb2 C薄片[22 , 65 ] .但是这些插层剂一般只适用于特定的MXene相, 并且尚未获得完整的单层薄片结构, 如何获得高质量的2D MXene薄片仍在探索之中. ...
... MXene作为一种层状结构材料可以容纳离子和分子, 其单位体积的电容量远高于常用的碳材料, 因此从理论上讲可以有效提高锂离子电池(LIBs)的性能.其中关于Ti3 C2 的研究最多, Qing等[19 ] 把Ti3 C2 作为LIB的阳极材料时, 发现其理论储锂容量为320 mAh/g, 可与石墨相媲美(372 mAh/g), 预测锂的扩散势垒在0.07 eV, 远远低于石墨(0.3 eV).但是实际制备的MXene材料表面含有端基, 而端基的存在会增加锂离子的扩散阻力, 降低锂离子的存储容量.二甲基亚砜(DMSO)插层后, Ti3 C2 Tx C 倍率下的比容量为123.6 mAh/g[61 ] , 高于未插层前的比容量100 mAh/g[64 ] , 具有良好的倍率性能.此外, 官能团化的烷氧基MXene对有机电解质具有更高的亲和力, 因而在LIB中可以表现出更高的锂离子迁移率. ...
Large-scale delamination of multi-layers transition metal carbides and carbonitrides “Mxenes”.
1
2015
... 利用氢氟酸或盐酸和氟化物的混合溶液剥离MAX相获得的一般是堆叠的多层MXene相.2013年, Gogotsi等[64 ] 首先使用二甲基亚砜(DMSO)作为插层剂分离堆叠的Ti3 C2 片层, 再通过超声处理将多层MXene分离成单层或者少层的薄片结构.但是DMSO沸点较高, 可能残留在溶液中难以去除, 取代MXene相表面的活性基团, 使得片层粘结起来.之后, 他们又提出了改进的插层剂——四丁基氢氧化铵(TBAOH)、胆碱氢氧化物、正丁胺等, 分离出Ti3 CN、V2 C和Nb2 C薄片[22 , 65 ] .但是这些插层剂一般只适用于特定的MXene相, 并且尚未获得完整的单层薄片结构, 如何获得高质量的2D MXene薄片仍在探索之中. ...
Synthesis of water soluble graphene.
1
2008
... 在此基础上, 如图6 所示, 笔者[31 ] 通过HF将Ti3 AlC2 剥离成MXene相, 并对其进行钠离子插层与表面接枝磺酸基官能团, 以实现MXene相的均匀分散, 进而提高其电化学活性.XRD分析结果证实Na+ 成功插入了MXene层间, 层间距的增大使得片层之间的结合力减弱, 片层逐渐分离开来, 此时有利于在MXene表面接枝磺酸基官能团, 进行芳基重氮盐改性.图7 是重氮盐表面改性Ti3 C2 前后的红外光谱图, 图中MXene-SO3 H分别在1124 cm-1 和1089 cm-1 处出现的两个峰与S=O键的振动[66 -68 ] 一致, 表明已在Ti3 C2 表面成功接枝了-SO3 H官能团.使用重氮盐溶液作为表面改性剂和偶联剂, 操作简单, 重现性好, 可以适用于其它MXene相材料.此外, 磺酸基的成功接枝理论上可以提高MXene相的电化学活性, 但还需要进一步的实验进行验证. ...
Sulfonation of syndiotactic polystyrene for model semicrystalline ionomer investigations.
0
2002
Sulfated graphene as an efficient solid catalyst for acid-catalyzed liquid reactions.
1
2012
... 在此基础上, 如图6 所示, 笔者[31 ] 通过HF将Ti3 AlC2 剥离成MXene相, 并对其进行钠离子插层与表面接枝磺酸基官能团, 以实现MXene相的均匀分散, 进而提高其电化学活性.XRD分析结果证实Na+ 成功插入了MXene层间, 层间距的增大使得片层之间的结合力减弱, 片层逐渐分离开来, 此时有利于在MXene表面接枝磺酸基官能团, 进行芳基重氮盐改性.图7 是重氮盐表面改性Ti3 C2 前后的红外光谱图, 图中MXene-SO3 H分别在1124 cm-1 和1089 cm-1 处出现的两个峰与S=O键的振动[66 -68 ] 一致, 表明已在Ti3 C2 表面成功接枝了-SO3 H官能团.使用重氮盐溶液作为表面改性剂和偶联剂, 操作简单, 重现性好, 可以适用于其它MXene相材料.此外, 磺酸基的成功接枝理论上可以提高MXene相的电化学活性, 但还需要进一步的实验进行验证. ...
MXene: a promising transition metal carbide anode for lithium-ion batteries.
1
2012
... 目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上. ...
High mass loading, binder-free MXene anodes for high areal capacity Li-ion batteries.
1
2015
... 目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上. ...
Cation intercalation and high volumetric capacitance of two-dimensional titanium carbide.
1
2013
... 目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上. ...
Low-dimensional carbon and MXene-based electrochemical capacitor electrodes.
1
2016
... 目前, MXene在能量储存方面的研究主要集中在锂离子电池[69 -70 ] 、超级电容器[63 , 71 -72 ] 及燃料电池上. ...
A two-step etching route to ultrathin carbon nanosheets for high performance electrical double layer capacitors.
1
2016
... Ti3 C2 还可用作超级电容器的负极材料[73 ] .Gogotsi等[23 ] 制备的二维碳化钛薄膜电极的体积比电容为245 F/g.而二维碳化钛经分层或插层处理后会产生含氧官能团, 增大电容.Dall’Agnese等[74 ] 通过DMSO插层对Ti3 C2 基电极进行化学改性后发现, Ti3 C2 基材料具有良好的导电性、高倍率充放电电化学稳定性及优异的循环性能, 电化学性能大大提高, 这对于超级电容器电极材料的研究具有重大意义. ...
High capacitance of surface-modified 2D titanium carbide in acidic electrolyte.
1
2014
... Ti3 C2 还可用作超级电容器的负极材料[73 ] .Gogotsi等[23 ] 制备的二维碳化钛薄膜电极的体积比电容为245 F/g.而二维碳化钛经分层或插层处理后会产生含氧官能团, 增大电容.Dall’Agnese等[74 ] 通过DMSO插层对Ti3 C2 基电极进行化学改性后发现, Ti3 C2 基材料具有良好的导电性、高倍率充放电电化学稳定性及优异的循环性能, 电化学性能大大提高, 这对于超级电容器电极材料的研究具有重大意义. ...
An extraordinarily stable catalyst: Pt NPs supported on two-dimensional Ti3 C2 X2 (X = OH, F) nanosheets for oxygen reduction reaction.
1
2013
... Xie等[75 ] 以Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx
Synthesis of ruthenium nanoparticles deposited on graphene-like transition metal carbide as an effective catalyst for the hydrolysis of sodium borohydride.
1
2014
... 二维MXene具有类似石墨烯的层状结构, 可以为反应提供充足的活性位点, 具有较好的催化活性, 在催化剂方面具有一定的应用前景.Li等[76 ] 将Ti3 C2 Tx 3 C2 T2 纳米复合材料对NaBH4 室温水解产氢具有优异的催化活性, 产氢速率达59.04 L H2 /(gRu ·min), 高于单一的钌基催化剂的产氢速率.类似的, MXene-Cu2 O复合材料相对于单一的MXene或Cu2 O, 能更好地提高高氯酸铵热分解速率, 从而表现出较高的催化活性[77 ] .此外, 羟基化的MXene相具有很高的化学反应活性, 易与CH2 OH发生取代反应, 可用作酯化反应的催化剂[78 ] . ...
Preparation of MXene-Cu2 O nanocomposite and effect on thermal decomposition of ammonium perchlorate.
1
2014
... 二维MXene具有类似石墨烯的层状结构, 可以为反应提供充足的活性位点, 具有较好的催化活性, 在催化剂方面具有一定的应用前景.Li等[76 ] 将Ti3 C2 Tx 3 C2 T2 纳米复合材料对NaBH4 室温水解产氢具有优异的催化活性, 产氢速率达59.04 L H2 /(gRu ·min), 高于单一的钌基催化剂的产氢速率.类似的, MXene-Cu2 O复合材料相对于单一的MXene或Cu2 O, 能更好地提高高氯酸铵热分解速率, 从而表现出较高的催化活性[77 ] .此外, 羟基化的MXene相具有很高的化学反应活性, 易与CH2 OH发生取代反应, 可用作酯化反应的催化剂[78 ] . ...
Structural and electronic properties and stability of MXenes Ti2 C and Ti3 C2 functionalized by methoxy groups.
1
2013
... 二维MXene具有类似石墨烯的层状结构, 可以为反应提供充足的活性位点, 具有较好的催化活性, 在催化剂方面具有一定的应用前景.Li等[76 ] 将Ti3 C2 Tx 3 C2 T2 纳米复合材料对NaBH4 室温水解产氢具有优异的催化活性, 产氢速率达59.04 L H2 /(gRu ·min), 高于单一的钌基催化剂的产氢速率.类似的, MXene-Cu2 O复合材料相对于单一的MXene或Cu2 O, 能更好地提高高氯酸铵热分解速率, 从而表现出较高的催化活性[77 ] .此外, 羟基化的MXene相具有很高的化学反应活性, 易与CH2 OH发生取代反应, 可用作酯化反应的催化剂[78 ] . ...
Dye adsorption and decomposition on two-dimensional titanium carbide in aqueous media.
1
2014
... MXene相是典型的二维层状结构, 具有较大的比表面积, 因而可以用于吸附重金属、有害阴离子和有机污染物等.Peng等[35 ] 制备的碱金属插层的Ti3 C2 (OH/ONa)x 2- x 2+ 有着良好的吸附性能, 并且吸附剂可重复利用, 解吸效率高达95.2%, 可以有效实现饮用水的净化.另外, Mashtalir等[79 ] 研究了Ti3 C2 Tx [80 ] 利用水热法合成了具有光催化活性的TiO2 /Ti3 C2 纳米复合材料, 有望用于空气和污水的净化. ...
Hydrothermal synthesis of TiO2 /Ti3 C2 nanocomposites with enhanced photocatalytic activity.
1
2015
... MXene相是典型的二维层状结构, 具有较大的比表面积, 因而可以用于吸附重金属、有害阴离子和有机污染物等.Peng等[35 ] 制备的碱金属插层的Ti3 C2 (OH/ONa)x 2- x 2+ 有着良好的吸附性能, 并且吸附剂可重复利用, 解吸效率高达95.2%, 可以有效实现饮用水的净化.另外, Mashtalir等[79 ] 研究了Ti3 C2 Tx [80 ] 利用水热法合成了具有光催化活性的TiO2 /Ti3 C2 纳米复合材料, 有望用于空气和污水的净化. ...
MXene: a new family of promising hydrogen storage medium.
1
2013
... 研究表明MXene相还具有较高的储氢量和可逆储放氢能力.Hu等[81 ] 致力于研究Ti2 C作为储氢介质的可行性, 发现氢可以吸附在Ti2 C两侧, 计算出的最大储氢容量为8.6wt%.在所有MXene相中, Sc2 C具有最小的相对分子质量, 因此理论上具有最大的比表面积和储氢量(9wt%), 高于Ti2 C的储氢能力[82 ] .霍苗等[83 ] 制备了不同配比的NaAlH4 + MXene-TiO2 复合材料, 发现当MXene-TiO2 掺量比为10%时, 储氢量最大, 并表现出良好的循环稳定性. ...
Research progress of new two-dimensional MXene crystals.
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2014
... 研究表明MXene相还具有较高的储氢量和可逆储放氢能力.Hu等[81 ] 致力于研究Ti2 C作为储氢介质的可行性, 发现氢可以吸附在Ti2 C两侧, 计算出的最大储氢容量为8.6wt%.在所有MXene相中, Sc2 C具有最小的相对分子质量, 因此理论上具有最大的比表面积和储氢量(9wt%), 高于Ti2 C的储氢能力[82 ] .霍苗等[83 ] 制备了不同配比的NaAlH4 + MXene-TiO2 复合材料, 发现当MXene-TiO2 掺量比为10%时, 储氢量最大, 并表现出良好的循环稳定性. ...
二维MXene衍生物对NaAlH4 体系吸/放氢性能的影响
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2016
... 研究表明MXene相还具有较高的储氢量和可逆储放氢能力.Hu等[81 ] 致力于研究Ti2 C作为储氢介质的可行性, 发现氢可以吸附在Ti2 C两侧, 计算出的最大储氢容量为8.6wt%.在所有MXene相中, Sc2 C具有最小的相对分子质量, 因此理论上具有最大的比表面积和储氢量(9wt%), 高于Ti2 C的储氢能力[82 ] .霍苗等[83 ] 制备了不同配比的NaAlH4 + MXene-TiO2 复合材料, 发现当MXene-TiO2 掺量比为10%时, 储氢量最大, 并表现出良好的循环稳定性. ...
ChemInform abstract: Synthesis, characterization, and tribological properties of two-dimensional Ti3 C2 .
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2014
... MXene相还具有优良的减摩性能, 可以用作基础油的润滑油添加剂.Yang等[84 ] 研究了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx [85 -86 ] 发现MXene具有优良的固化血红蛋白的能力, 同时还提高了其蛋白活性及稳定性, 这说明MXene有望用在生物传感器上. ...
An organ-like titanium carbide material (MXene) with multilayer structure encapsulating hemoglobin for a mediator-free biosensor.
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2015
... MXene相还具有优良的减摩性能, 可以用作基础油的润滑油添加剂.Yang等[84 ] 研究了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx [85 -86 ] 发现MXene具有优良的固化血红蛋白的能力, 同时还提高了其蛋白活性及稳定性, 这说明MXene有望用在生物传感器上. ...
A novel nitrite biosensor based on the direct electrochemistry of hemoglobin immobilized on MXene-Ti3 C2 .
1
2015
... MXene相还具有优良的减摩性能, 可以用作基础油的润滑油添加剂.Yang等[84 ] 研究了Ti3 C2 Tx 3 C2 Tx [85 -86 ] 发现MXene具有优良的固化血红蛋白的能力, 同时还提高了其蛋白活性及稳定性, 这说明MXene有望用在生物传感器上. ...
