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文章簡介：

自二維材料發(fā)現(xiàn)以來，就成為了最具活力的研究領(lǐng)域之一。MXenes作為一種新的、有前途的二維材料，已經(jīng)引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。近年來，由于其獨特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能，相關(guān)研究文章呈指數(shù)增長，MXenes已成為迄今為止最有前途的材料之一，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括能量存儲和轉(zhuǎn)換，傳感，催化，電磁干擾(EMI)屏蔽，生物醫(yī)學(xué)/治療，水處理等。然而，大多數(shù)發(fā)表的關(guān)于MXenes的綜述都集中在合成、表征或應(yīng)用等特定方面，缺乏對MXenes整體開發(fā)的全面概述。

有鑒于此，來自吉林大學(xué)的崔小強教授、阮曉文博士以及香港城市大學(xué)Sai Kishore RAVI教授采用從微觀到宏觀的敘事方法，對MXenes的最新發(fā)展提供了一個整體的視角。首先概述了MXenes研究的總體進展。此外，詳細介紹了MXenes的結(jié)構(gòu)、合成方法、表征技術(shù)以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，展示了MXenes在前沿領(lǐng)域的潛力。最后，總結(jié)了MXenes的最新進展，并對該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展進行了展望。相關(guān)成果發(fā)表于Small，題為“Functional MXenes: Progress and Perspectives on Synthetic Strategies and Structure–Property Interplay for Next-Generation Technologies”文章鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202304483

一、研究內(nèi)容：

（一）MXenes的元素組成及分類方案

經(jīng)過十多年的發(fā)展，MXenes的種類較為豐富，其包含的元素更是豐富多彩，圖一總結(jié)了目前MXenes各個組分以及A層所包含的元素。同時，基于目前已經(jīng)開發(fā)出的MXenes不同結(jié)構(gòu)，本文采用MXenes本征結(jié)構(gòu)熵（S）作為分類判據(jù)，以最常見的“Common-MXenes”為基準，將其余的MXenes分為兩大類，六小類。

吉林大學(xué)最新MXenes綜述:用于下一代技術(shù)的制備策略和構(gòu)效關(guān)系的進展與展望

圖1. MXenes的組成元素及結(jié)構(gòu)分類。a) MXenes和A層的組成元素。b) MXenes的七個關(guān)鍵類別。

（二）MXenes的制備方法

本文將目前常見的MXenes刻蝕方法分為近環(huán)境溫度合成以及非環(huán)境溫度合成，同時對制備單層MXenes的插層技術(shù)進行了簡要的介紹。

（三）MXenes的構(gòu)效關(guān)系

了解MXenes結(jié)構(gòu)和性能之間的復(fù)雜關(guān)系對于開發(fā)其在各種應(yīng)用中的全部潛力至關(guān)重要。從最初的MAX相刻蝕到微觀層面的功能結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的發(fā)展，最終目標是建立對MXenes構(gòu)效關(guān)系的全面理解。彌合微觀和宏觀之間的區(qū)別需要應(yīng)用表征技術(shù)，才能使我們能夠探測和理解這些聯(lián)系。對此，我們從原位和非原位兩個角度對目前常見的MXenes表征方式進行概述，并闡明了調(diào)控MXenes性能的機制，從而使基于MXenes的材料的設(shè)計和優(yōu)化具有更廣泛的應(yīng)用。

（四）MXenes的技術(shù)展望

MXenes卓越的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性為其廣泛的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。MXenes具有類似石墨烯的結(jié)構(gòu)，較大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性、多樣的成分、可調(diào)節(jié)的表面末端、可控制的厚度和優(yōu)異的親水性。這些固有的特性使MXenes具有很高的通用性，適用于廣泛的宏觀應(yīng)用。

圖2. MXenes的主要應(yīng)用。

隨著MXenes研究的進展，對新興領(lǐng)域的探索也在不斷擴大。對MXenes構(gòu)效關(guān)系方面的理解不斷進步將有助于新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，并進一步擴大MXenes在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。

（五）結(jié)論與展望

在相對較短的十年時間里，MXenes獲得了極大的關(guān)注，并成為一種具有巨大研究和應(yīng)用潛力的極具前景的材料。盡管取得的顯著的成果，但MXenes的旅程還有很多挑戰(zhàn)和未解決的問題。為了促進持續(xù)的發(fā)展，認識和解決與MXenes的合成策略和構(gòu)效關(guān)系有關(guān)的問題是至關(guān)重要的。在此，本文簡要概述了MXenes領(lǐng)域當(dāng)前存在的問題和未來的前景，旨在為未來的道路指明方向。

總之，盡管遇到了一些挑戰(zhàn)，但對MXenes的研究表明，它們作為一種非常有前途的材料具有相當(dāng)大的潛力。雖然這些挑戰(zhàn)一定程度上阻礙了充分開發(fā)MXenes的全部潛力，但目前正在積極研究，以展現(xiàn)出它們諸多的優(yōu)異本征特性。借鑒石墨烯的發(fā)展經(jīng)驗，通過國際合作的研究努力，我們可以將MXenes推向新的高度，為材料科學(xué)和技術(shù)做出重大貢獻。

圖3. 概述了MXenes在合成策略和構(gòu)效關(guān)系方面的意義和期望。

二、作者簡介：

第一作者：孟德鵬

吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料物理與化學(xué)專業(yè)2021級碩士研究生，師從崔小強教授。主要研究方向為光催化析氫、二氧化碳還原以及光重整納米材料的設(shè)計與構(gòu)建。

共同第一作者：許明華

吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料物理與化學(xué)專業(yè)2023級博士研究生，師從崔小強教授。主要研究方向為用于光催化析氫和光重整的過渡金屬硫化物和氧化物的精準設(shè)計。

論文通訊作者：阮曉文博士

阮曉文博士，2023年畢業(yè)于吉林大學(xué)材料物理與化學(xué)專業(yè)，師從崔小強教授。2023年加入香港城市大學(xué)能源及環(huán)境學(xué)院任博士后，合作導(dǎo)師是Sai Kishore RAVI教授。主要從事光降解污染物、光解水制氫、CO₂還原的新型低維材料的構(gòu)建及性能研究。目前以第一/通訊作者在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Small, Small Methods, Chemical Engineering Journal等國際知名期刊上發(fā)表10余篇文章，其中3篇曾入選ESI高被引/熱點論文。

論文通訊作者：崔小強教授

吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師，副院長。崔小強教授主要研究方向為能源催化材料，面向氫能綜合利用、燃料電池汽車等國家重大戰(zhàn)略需求，從原子尺度上開展高效催化劑的設(shè)計和制備研究。相關(guān)研究成果連續(xù)發(fā)表在Nature Communications（3篇）、AM、JACS、AEM、AFM、Angew、Chem、Matter等學(xué)科頂級期刊，被多次正面引用。累計發(fā)表SCI論文150余篇，他引4800余次，H因子37；主持科技部國家重點研發(fā)計劃納米專項課題（1項，712萬）、國家自然科學(xué)基金面上項目（5項）等。申請國家發(fā)明專利43項，授權(quán)29項。獲教育部“新世紀優(yōu)秀人才”計劃支持、吉林省“長白山學(xué)者”、吉林省第七批拔尖創(chuàng)新人才第三層次、吉林省第十六批享受政府津貼專家（省有突出貢獻專家）、長春市第六、七批有突出貢獻專家，吉林大學(xué)“三全育人”育人標兵等榮譽稱號。擔(dān)任中國材料研究學(xué)會青年工作委員會第七、第八屆理事會理事（2011.10至今），中國材料學(xué)會納米材料與器件分會首屆理事會（2014.4至今）、中國有色金屬學(xué)會貴金屬學(xué)術(shù)委員會會員（2018.5至今）、中國材料學(xué)會終身會員（2021.2年至今）、《中國材料進展》期刊第五屆編輯委員會青年委員（2021.4年至今）。

論文通訊作者：Sai Kishore RAVI

Sai教授是香港城市大學(xué)助理教授。博士畢業(yè)于新加坡國立大學(xué)，之后在新加坡國立大學(xué)擔(dān)任研究員。Sai教授的研究興趣包括：(1) 太陽能燃料（半人工光合作用、綠色氫氣、光催化/生物催化CO₂還原）；(2) 光介導(dǎo)/生物催化水處理、廢水轉(zhuǎn)化為能源技術(shù)、太陽能脫鹽；(3) 可持續(xù)生物電子（生物電容器、自供電觸覺傳感器和電子紙）；(4) 功能性納米纖維（空氣過濾器、電子紡織品和個人熱管理）。迄今在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Energy & Environmental Science, Nature Communications, and Science Advances等國際著名期刊上發(fā)表論文，多個專利。

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