MXene#SusMat｜MXene的合成及其在锌离子存储中的应用

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研究摘要

MXene自2011年来首次被合成提出，经过十年的发展受到了广泛的关注，自2020年以来，MXene合成方案领域出现了一些新的突破，诸如如无水蚀刻、卤素蚀刻和盐酸基水热刻蚀等新的合成方法相继提出，不仅如此，MXene在锌离子存储设备中的应用在过去两年中也取得了巨大的进展，人们对MXene的锌离子存储机理的认识发生了深刻的变化，其应用也变得多样化，目前在锌离子存储领域中的相关文章正处于爆发增长期，暗示了MXene在高性能锌离子存储设备中具有巨大的潜力。

近日，兰州大学材料与能源学院彭尚龙教授团队就MXene的合成发展以及其在锌离子存储中的应用进行了介绍，综述了MXene材料的制备和合成方法以及其在水系锌离子存储器件中的应用进展，文章对MXene的合成方法以及其在锌离子存储性能之间的对应关系进行了阐述，并详细总结了关于MXene三种不同类型的合成方案以及在锌离子存储应用中MXene的三类设计理念。特别的是，对于MXene的合成，文章对已被广泛报道的传统合成方案进行了详细的总结，对其发展背景进行详细阐述以帮助了解其发展，并结合近两年新报道的合成方法，对MXene合成方案提供一个全新的划分框架。此外，对于MXene在锌离子存储的应用，文章首先讨论了对MXene锌离子储存机制的认知变化，从最初传统所认为的锌离子表面吸脱附的存储机理到最新提出的卤素氧化还原机理以及高电位激活的嵌入、脱嵌存储机理，而后并对MXene锌离子应用的相关设计理念及其特点进行了深入讨论，详细阐述了包括纯MXene材料、MXene基衍生材料与MXene基杂化材料三类不同材料设计理念的策略思路以及特点评估。最后，对MXene在合成策略和水系锌离子储存应用方面的未来发展进行了全面展望。

该工作发表在SusMat期刊上（入选编辑部推荐文章），题目为“Synthesis of MXene and its application for zinc-ion storage”。彭尚龙教授、闫德副教授和黄娟娟副教授为本文通讯作者，陈杰硕士为本文第一作者。

图文导读

图1. A）在不同类型的储能装置上发表的论文数量（来源：Web of Science，检索日期：2022年2月26日）。（B）MXene的合成及其在锌离子储存中的应用示意图。

图2. MXene的合成：湿化学蚀刻法制备MXenes的一些典型报道的示意图。

图3. MXene的合成：非传统蚀刻法制备MXenes的一些典型报道的示意图。

图4. 其他合成手段制备MXenes的一些典型报道的示意图。

图5. 纯MXene材料应用于锌离子存储器件的一些典型报道。

图6. MXene基衍生材料应用于锌离子存储器件的一些典型报道。

图7. MXene基杂化材料应用于锌离子存储器件的一些典型报道

总结展望

      MXene具有较好的亲水性、接近石墨烯的优异导电性和显著的机械性能。不仅如此，其表面丰富且可调节的官能团导致其电子能带结构发生变化，从而实现MXene不同的物理和化学性质。与其他二维材料（例如石墨烯，也具有优异的导电性）相比，MXene的可调节物理化学特性为其最重要的特征，然而，还有许多问题和挑战需要克服。在此基础上，提出了几点建议，以促进MXene的合成方法和在锌离子存储设备中的应用：

（1） 更多的非传合成方案的尝试

（2） 考虑更具安全性和低成本的MXene合成方案

（3） MXene锌离子存储机理的更多探索

（4） 选择和探索更多类型的MXene材料

（5） 适用于锌存储中柔性、绿色、可降解的MXene电极材料的开发

文献链接

https://doi.org/10.1002/sus2.57

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