MXenes在电化学传感及储能领域的研究进展

邹慧燕，张菲菲，王宗花

（青岛大学化学化工学院，山东青岛266071）

0 引言

石墨烯等二维材料因其优异的电学、力学性能成为材料等相关领域的研究热点，掀起了二维材料的研究热潮[1]，二维材料家族的新成员MXenes也成为了近年来的研究热点。MXenes是一种具有层状结构的二维过渡金属碳化物或碳氮化物，是通过化学刻蚀其前驱体三元金属碳化物（MAX相）中的A元素得到的剥离产物[2]。MXenes前驱体MAX相是一种三元层状材料，其化学通式为Mn+1AXn，其中M为早期过渡金属元素（M=Ti、Sr、V、Cr、Ta、Nb、Zr、Mo、Hf），A 是第Ⅲ主族和第Ⅳ主族的金属元素，X为碳或者碳氮复合物，剥离产物MXenes的化学通式为Mn+1XnTX，其中M和X与MAX相一致，M为早期过渡金属元素，X为碳或者碳氮复合物，TX为腐蚀掉Al元素后MX其表面结合的-H、-F、-OH等官能团[3]。为了突出MXenes是由MAX相剥离而来,并且具有与石墨烯（Graphene）相似的二维结构,因而将它们统一命名为MXenes[4-5]。

截至目前为止，已经有70多种MAX被研究报道，而目前通过刻蚀MAX相获得的MXenes主要有以下几种： Ti3C2TX、 Ti2CTX、 (Ti0.5,Nb0.5)2CTX、(V0.5,Cr0.5)3C2TX、 Ti3CNTX、 Ta4C3TX、 V2CTX、 Nb2CTX、Nb4C3TX、 (Nb0.8,Ti0.2)4C3TX、 (Nb0.8,Zr0.2)4C3TX、Mo2TiC2TX、Mo2Ti2C3TX和Cr2TiC2TX[6-11]。MXenes所具有的二维层状形貌、可调节的表面化学环境和不同的化学组成形式等独特的性质使该二维材料具有良好的金属导电性、亲水性和功能可调性，可以根据不同性质需要，通过化学组分的调节及表面官能团的改变来获得不同性质的MXenes，因此MXenes可应用于储能、吸附、电化学传感等诸多领域[10]。该文将主要从MXenes的制备及化学传感器、电池和超级电容器的应用方面介绍MXenes的研究进展。

1 MXenes的制备

MAX相材料具有晶体结构，M原子形成八面体结构，X原子填充于八面体的空隙中，A原子插层到M和X形成的片层中，最终得到过渡金属碳化物或碳氮化物的片层与A原子交替堆叠的Mn+1AXn结构，其构成如图1所示。……