Prog. Mater. Sci. (Os: 48.165) | 2d mxene a charbon

Mae pwysigrwydd carbon, un o elfennau pwysicaf bywyd, yn amlwg. Ers yr oes Paleolithig, mae bodau dynol wedi ceisio defnyddio carbon i ddiwallu ein hanghenion mwyaf sylfaenol. Heddiw, mae gwyddonwyr wedi llwyddo i ddatblygu deunyddiau carbon dimensiwn llawn, o ddotiau cwantwm carbon 0D, nanotiwbiau carbon 1D neu fandiau, graphene 2D ac ewyn carbon 3D, ac ati, wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn sawl maes. Felly, mae deunyddiau carbon hefyd yn chwarae rhan hynod bwysig yn y byd rydyn ni'n byw ynddo, gan wasanaethu ein bywydau. Mae'r fantais gost ddigyffelyb yn ei gwneud yn arloeswr ac yn arweinydd mewn llawer o feysydd cais, a gellir ei integreiddio hyd yn oed â deunyddiau eraill i gael perfformiad gwell mewn rhai meysydd penodol.

Ers darganfod graphene 2D, astudiwyd llawer o ddeunyddiau 2D yn helaeth, megis ocsidau metel pontio, chalcogenidau metel pontio, gan gynnwys sylffidau a selenidau yn bennaf, a phontio carbidau metel/nitrid, nitrid boron hecsagonol, lldoshene, 2D, 2D 2D. Germane, ac ati. Er bod gan y deunyddiau 2D hyn strwythur 2D cyffredin yn ei gyfanrwydd, mae'r priodweddau ffisegol a chemegol penodol yn amrywio yn dibynnu ar y cyfansoddiad cemegol, sydd hefyd yn rhoi ystod eang o gymwysiadau i'r teulu deunydd 2D. Yn eu plith, y carbid metel pontio haenog yw'r seren boethaf yn ystod y degawd diwethaf, yr hyn a elwir yn Mxene, oherwydd ei briodweddau tebyg i aur dargludedd trydanol, grwpiau swyddogaethol sy'n llawn wyneb, fel -f, -OH ac = O, Hydrophilicity rhagorol ac electronegatifedd arwyneb a nodweddion rhagorol cynhwysfawr eraill. Ers iddo gael ei syntheseiddio gyntaf yn 2011, mae wedi dod yn bwnc ymchwil poeth i ymchwilwyr ledled y byd, oherwydd gwyddom fod y mwyafrif o ddeunyddiau 2D yn arddangos priodweddau inswleiddio, lled-ddargludyddion neu led-fetelaidd, felly mae darganfod mxene yn wawr y deunydd 2D system. Nid yn unig hynny, o'i gymharu â chydrannau meidrol dau ddimensiwn eraill, mae gan MXENE amrywiaeth gyfoethog iawn yn seiliedig ar wahanol haenau atomig, diolch i'r archebu atomig metel yn yr awyren neu y tu allan i'r awyren, o M2X, i M3x2, i M4x3 ac M4X3 ac Yn fwy diweddar M5x4, sy'n dod â mwy na 100 o gydrannau posibl i'r system ddeunydd MXENE. Mae hyn yn ddigymar gan unrhyw ddeunydd arall hyd yn hyn. Yn bwysicach fyth, yn ôl gwahanol amodau a dulliau ysgythru y cyfnod mwyaf rhagflaenol, gellir rheoleiddio nifer fawr o grwpiau swyddogaethol ar wyneb Mxene, fel y gellir ei dargedu yn ôl y senario cymhwysiad i ddylunio'r strwythur arwyneb mwyaf ffafriol . Gellir goresgyn grym van der Waals rhwng yr haenau mxene trwy gymorth maes ultrasonic syml, ynghyd â'r gwrthyrru electrostatig a gynhyrchir gan yr electronegatifedd rhwng yr haenau mxene, mae'n hawdd cael toddiant colloidal gwasgaredig iawn, a deunydd pilen gyfansawdd gyda ultra -Blecsigrwydd a dargludedd uwch-uchel trwy echdynnu a hidlo syml. Oherwydd y natur gynhwysfawr ragorol hon, mae 2D MXENE yn ddeunydd adeiladu amlbwrpas y mae ei gymwysiadau ers ei ddarganfod yn amrywio o storio ynni cychwynnol i gatalysis, synhwyro, celloedd solar a chysgodi electromagnetig sy'n dod i'r amlwg, trin dŵr a biofeddygaeth.

Mae dwy ochr i bopeth, er bod gan ddeunyddiau mxene lawer o fanteision fel yr uchod, ond ei anfanteision mewn meysydd cymhwysiad penodol y mae'n rhaid i ni eu hwynebu. Ar gyfer cymwysiadau storio ynni, gall dargludedd trydanol uchel MXENE a chryfder cemegol storio llawer iawn o wefr trwy ymddygiad ffug -berthnasedd. Fodd bynnag, mae perfformiad electrocemegol gwirioneddol deunyddiau electrod wedi'u seilio ar mxene yn dibynnu'n llwyr ar yr eiddo arwyneb a reolir gan yr amodau synthesis, ac yn aml mae'n wynebu ffenomenau hunan-daro difrifol yn ystod cylchoedd tâl a rhyddhau tymor hir. Mae'n rhwystro ymddygiad trylediad ïonau yn fawr. Ac fel rheol mae gan ei gyfnod pwysau moleciwlaidd uwch ei hun lefelau gallu damcaniaethol anfoddhaol. Mae MXENE yn ei gyfnod pur hefyd yn anodd ei ddisgrifio fel un sydd â pherfformiad digonol ar gyfer cymwysiadau catalytig. Ar gyfer ceisiadau eraill, mae sefyllfa debyg wedi bod yn bos mawr i ymchwilwyr. Yma, cyfansawdd, yw'r ffordd fwyaf effeithiol, oherwydd gall gyfuno manteision gwahanol gydrannau, mae gan y cyfuniad o'r ddau "adwaith cemegol" posibl, gall ddod ag effeithiau synergaidd ar gyfer deunyddiau mxene, cymryd yr hanfod, mynd y drosos, a Helpwch berfformiad deunyddiau sy'n seiliedig ar MXENE i lefel newydd.

Yma, rydym yn crynhoi yn systematig integreiddiad strwythurol "1 + 1> 2", hynny yw, "XD carbon + 2d mxene = ∞". Yn ôl gwahanol ddimensiynau o fatrics carbon, o ddimensiwn isel i ddimensiwn uchel, dotiau cwantwm 0D i sgerbwd carbon 3D, ac integreiddio strwythur cyfansawdd 2D mxene, yn gyntaf, yn gyntaf, yn ôl gwahanol fathau o fatrics carbon a dulliau hybrid gwahanol, mae'r papur yn crynhoi ac yn cymharu. Yn ail, cymharwyd perthnasoedd strwythur-gweithgaredd heterostrwythurau XD / 2D-Carbon / Mxene yn ôl y rhesymeg perfformiad-strwythur-strwythur-perfformiad. Yn seiliedig ar linell amser y matrics carbon aml-ddimensiwn a chymhleth Mxene, o'r ailgyfuno 1D CNTs cychwynnol, cynulliad graphene 2D, i'r llwytho carbon sy'n deillio o 3D, ac yn fwy diweddar, angori dotiau cwantwm carbon 0D, gall y gwyddonwyr yn amlwg allu deall gwythïen archwilio. O nifer yr erthyglau cyhoeddedig, nid yw'n anodd gweld bod nifer y papurau ymchwil sy'n gysylltiedig â deunyddiau MXENE yn cynyddu flwyddyn ar ôl blwyddyn, ac yn eu plith, mae cyfran yr ymchwil ar gyfansoddion carbon sy'n seiliedig ar Mxene hefyd yn mynd yn uwch ac yn uwch, ac Yn bwysicach fyth, mae'n fwy a mwy niferus o ran mathau, sy'n foddhaol ar gyfer cynnydd ymchwil MXENE. Yn y diwedd, crynhowyd cynnydd ymchwil cyfansoddion carbon sy'n seiliedig ar Mxene a rhagwelwyd cyfeiriad ymchwil yn y dyfodol.