Prog. Materiaali. Sci. (IF: 48.165) | 2D -mxene ja hiili

Hiilen merkitys, yksi elämän tärkeimmistä osista, on itsestään selvä. Paleoliittisen aikakauden jälkeen ihmiset ovat yrittäneet käyttää hiiltä tyydyttävimpien tarpeidemme tyydyttämiseen. Nykyään tutkijat ovat onnistuneesti kehittäneet täysulotteisia hiilimateriaaleja 0D-hiilikvanttipisteistä, 1D-hiilinanoputkista tai nauhoista, 2D-grafeenista ja 3D-hiilivaahdoista ja niin edelleen, on käytetty laajasti monilla aloilla. Siksi hiilimateriaalilla on myös erittäin tärkeä rooli maailmassa, jossa elämme, palvelemassa elämäämme. Vertamaton kustannusetu tekee siitä edelläkävijän ja johtajan monilla sovelluskentillä, ja se voidaan jopa integroida muihin materiaaleihin paremman suorituskyvyn tietyillä alueilla.

2D -grafeenin löytämisen jälkeen on tutkittu monia 2D -materiaaleja, kuten siirtymämetallioksideja, siirtymämetallien kalkogenidejä, mukaan lukien sulfidit ja selenidit sekä siirtymämetallikarbidit/nitridi, kuusikulmainen boorinitridi, kerrostettu LDH, 2d Mof, fosfeeni, Saksalainen jne. Vaikka näillä 2D -materiaaleilla on yleinen 2D -rakenne, spesifiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet vaihtelevat kemiallisen koostumuksen mukaan, mikä antaa myös 2D -materiaaliperheelle laajan valikoiman sovelluksia. Niiden joukossa kerrostettu siirtymämetallikarbidi on viimeisen vuosikymmenen kuumin tähti, ns. Mxeeni, johtuen sen kullankaltaisista ominaisuuksista, pintarikkaat funktionaaliset ryhmät, kuten -f, -oh ja = o, Erinomainen hydrofiilisyys ja pintaelektronegatiivisuus ja muut kattavat erinomaiset ominaisuudet. Siitä lähtien, kun se syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2011, siitä on tullut kuuma tutkimusaihe tutkijoille ympäri maailmaa, koska tiedämme, että useimmissa 2D-materiaaleissa on eristys, puolijohde tai puolimetalliset ominaisuudet, joten mxeenin löytäminen on 2D-materiaalin kynnys järjestelmä. Paitsi, että verrattuna muihin kaksiulotteisiin äärellisiin komponentteihin, Mxene on erittäin rikas monimuotoisuus, joka perustuu erilaisiin atomikerroksiin tason tai tason ulkopuolisen metalliatomien tilauksen ansiosta M2X: stä M3x2: een, M4x3: een ja Viime aikoina M5X4, joka tuo yli 100 mahdollista komponenttia mxeenimateriaalijärjestelmään. Tämä on toistaiseksi vertaansa vailla mitään muuta materiaalia. Vielä tärkeämpää on, että edeltäjän MAX -vaiheen erilaisten etsausolosuhteiden ja -menetelmien mukaan voidaan säädellä suurta määrää funktionaalisia ryhmiä mxeenin pinnalla, jotta se voidaan kohdistaa sovellusskenaarion mukaisesti suotuisimman pintarakenteen suunnittelemiseksi . Mxeenikerrosten välinen van der Waals -voima voidaan voittaa yksinkertaisella ultraäänikentän avustuksella, yhdistettynä sähköstaattiseen harhautumiseen, joka syntyy mxeenikerrosten välinen elektronegatiivisuus, on helppo saada erittäin dispergoiva kolloidinen liuos ja komposiittikalvomateriaali ultralla -Flexebility ja erittäin korkea johtavuus voidaan saada yksinkertaisella uutteella ja suodatuksella. Tämän erinomaisen kattavan luonteen takia 2D MXENE on monipuolinen rakennuspalikat, joiden sovellukset sen löytämisen jälkeen vaihtelevat alkuperäisestä energian varastoinnista katalyysiin, havaintoon, aurinkokennoihin ja syntyvään sähkömagneettiseen suojaukseen, vedenkäsittelyyn ja biolääketieteen.

Kaikilla on kaksi puolta, vaikka mxeenimateriaaleilla on monia etuja, kuten yllä, mutta sen haittoja tietyillä sovelluskentillä, joita meidän on kohdattava. Energian varastointisovelluksissa MXENE: n korkea sähkönjohtavuus ja kemiallinen lujuus voivat säilyttää suuren määrän varausta pseudokapaksenssikäyttäytymisen kautta. Mxeenipohjaisten elektrodimateriaalien todellinen sähkökemiallinen suorituskyky on kuitenkin tiukasti riippuvainen synteesi-olosuhteiden säätämistä pintaominaisuuksista, ja sillä on usein vakavia itsepinousilmiöitä pitkäaikaisten varaus- ja purkaussyklien aikana. Se estää huomattavasti ionien diffuusiokäyttäytymistä. Ja sen omalla korkeammalla molekyylipainojaksolla on yleensä epätyydyttäviä teoreettisia kapasiteettitasoja. Mekseeniä puhtaassa vaiheessa on myös vaikea kuvata riittävästi suorituskykyä katalyyttisissä sovelluksissa. Muissa sovelluksissa samanlainen tilanne on ollut tärkeä palapeli tutkijoille. Tässä komposiitti on tehokkain tapa, koska se voi yhdistää eri komponenttien edut, näiden kahden yhdistelmällä on potentiaalinen "kemiallinen reaktio", voi tuoda synergistisiä vaikutuksia mxeenimateriaaleihin, ottaa olemus, mennä kuohumaan ja mennä kuutioon ja Auta mxeenipohjaisten materiaalien suorituskykyä uudelle tasolle.

Tässä tiivistämme systemaattisesti "1 + 1> 2": n rakenteellinen integraatio, ts. "XD Carbon + 2D Mxene = ∞". Hiilimatriisin eri ulottuvuuksien mukaan matalasta ulottuvuudesta korkeaan ulottuvuuteen, 0D -kvanttipisteisiin 3D -hiilirenkoon ja 2D -mxeenikomposiitirakenteen integrointiin, ensinnäkin erityyppisten hiilimatriisien ja vastaavien hybridimenetelmien mukaan paperi tiivistelty ja vertaa. Toiseksi XD / 2D-hiili / mxeeniheterostruktuurien rakenne-aktiivisuussuhteita verrattiin synteesirakenteen ja suorituskyvyn logiikan mukaan. Moniulotteisen hiilimatriisin ja mxeenikompleksin aikajanan perustuen alkuperäisestä 1D CNTS-rekombinaatiosta, 2D-grafeenikokoonpanosta 3D-johdettuun hiilikuormitukseen ja viime aikoina 0D-hiili-kvanttipisteiden ankkurointiin, tutkijat voivat selvästi Ymmärrä etsinnän suonen. Julkaistujen artikkeleiden lukumäärästä ei ole vaikea nähdä, että mxeenimateriaaleihin liittyvien tutkimuspapereiden lukumäärä kasvaa vuosi vuodelta, joista myös mxeenipohjaisten hiilikomposiittien tutkimuksen osuus on nousemassa ja korkeamman ja korkeamman ja korkeamman, ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle ja korkeammalle, ja Vielä tärkeämpää on, että se on yhä runsaampi tyyppien suhteen, mikä on ilahduttavaa mxeenin tutkimuksen etenemiselle. Loppujen lopuksi tiivistettiin mxeenipohjaisten hiilikomposiittien tutkimuksen edistyminen ja tulevaisuuden tutkimussuunta oli tulossa.