北科納米可提供MXene材料（可定制）

綜述摘要

從2011年起，作為一類新型的二維材料體系，MXenes在能量儲存于轉化領域展示出了極大的潛力，這主要得益于卓越的電子電導率、大比表面積與成分方面的多樣性。截至目前，合成出的MXene通常都帶有表面官能團，比如-OH，-O或-F，折服于了MXene材料較高的親水性與豐富的表面化學特性，但仍然面臨著重堆疊等問題?？紤]到材料的電化學與電催化性能高度依賴與材料的成分與表面化學性質(zhì)，將MXene與功能化材料復合，諸如過渡金屬硫族化物（TMC）與過渡金屬氧化物（TMO），這樣一來在阻止重堆疊的同時，還能夠向復合物中引入?yún)f(xié)同效應以提升性能。因此，MXene/TMC與MXene/TMO復合結構的精巧設計與合成，對形貌進行調(diào)控以增強電化學性能是非常重要的。鑒于此，新加坡科技與設計大學Hui Ying Yang教授、廣州工業(yè)大學Yufei Zhang教授與廣州大學范浩森教授研究團隊在《Coordination Chemistry Reviews》發(fā)表最新綜述，主要討論了MXene/TMC與MXene/TMO復合物在超級電容器、二次電池與電催化中的應用。首先將合成與復合方法分為五類，比較了不同方法中結構與形貌之間的關系。然后對近期報道的MXene/TMC與MXene/TMO復合物在上述應用中的研究進展進行了分析與總結。最后，對MXene基電極材料的性能在未來主要面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向進行了展望。

圖文導讀

總結與展望

（i）對于超級電容器：TMO與MXene的復合被更多地研究，這主要得益于TMO能夠賦予復合材料更高的比電容。前期研究指出，構筑具有多比表面積的多孔結構能夠促進快速的法拉第反應。

（ii）對于二次電池：有效地限制體積膨脹的同時提升電子電導率，這對于長期循環(huán)穩(wěn)定性與倍率性能來說至關重要。更重要的是，需要充分利用活性材料的比表面積，以實現(xiàn)快速可逆的氧化還原反應。

（iii）對于水分解：更多的研究已經(jīng)對MXene的本征性質(zhì)進行充分研究，尤其是表面化學性質(zhì)，通常來講，MXene與TMC可以作為雙功能催化劑用于全解水。

然而，面向實際應用時，仍然有許多關鍵的問題需要解決。首先，從MXene的角度來說，Ti3C2Tx已經(jīng)被廣泛地研究，更多的研究重點應該聚焦于其他的MXene種類，如Nb2C與V2C，不同類型的MXene會對其相應的電化學性能有截然不同的影響。值得一提的是，無官能團的純MXene還沒有被合成出來。其次，從復合的角度來說，TMO與TMC通常具有不同的形貌與晶體結構，即使對于同樣的復合物也是一樣。MXene具有2D結構，對于不同維度與尺寸的復合物來說，合成方法也是不同的。因此，找到一種合適的路線以設計不同結構的TMO與TMC復合物可以實現(xiàn)對性能的調(diào)控。

MXene的復合仍然處于初始研究階段，由于相似性，許多研究借鑒石墨烯復合物的復合方法，利用類似的方法合成不同的材料。盡管如此，更多的研究應該探究基于特定電化學性質(zhì)的獨特的設計策略。比如，在水熱合成過程中，MXene的重堆疊與氧化問題需要被避免，這一以來具有分層納米結構的TMO與TMC是更合適的選擇。此外，需要引入導電多孔體積緩沖物質(zhì)，比如碳的包覆。通過改變合成條件以調(diào)控在不同電化學器件中的電化學性能。

對于TMO/MXene復合物來說，大多數(shù)的研究集中于超級電容器、鋰離子電池、鋰硫電池與OER，這是因為TMO具有更高的理論電容與容量，以及更多得可用于OER的還原位點。對于TMCs，則在更多的應用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括多價態(tài)金屬離子電池與雙功能催化。最近的研究表明，MXene高導電性表面的充分利用可以促進HER與OER催化反應的動力學?？傊?，MXene與TMO與TMC的結合仍然處于萌芽階段，研究者們堅信，這類復合物在未來的能量存儲與轉化應用中將具有更大的潛力。

文獻鏈接

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214544

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