Prog Mater Sci (IF: 48.165) | 2d mxene dhe karbon

Rëndësia e karbonit, një nga elementët më të rëndësishëm të jetës, është e vetëkuptueshme. Që nga epoka paleolitike, njerëzit janë përpjekur të përdorin karbon për të përmbushur nevojat tona më themelore. Sot, shkencëtarët kanë zhvilluar me sukses materiale karboni me dimensione të plota, nga 0D pikat kuantike të karbonit, nanotubat e karbonit 1D ose bandat, grafen 2D dhe shkumë karboni 3D, etj., Janë përdorur gjerësisht në shumë fusha. Prandaj, materialet e karbonit luajnë gjithashtu një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm në botën në të cilën jetojmë, duke shërbyer jetën tonë. Avantazhi i pashembullt i kostos e bën atë një pionier dhe udhëheqës në shumë fusha aplikimi, dhe madje mund të integrohet me materiale të tjera për të pasur performancë më të mirë në disa fusha specifike.

Që nga zbulimi i grafenit 2D, shumë materiale 2D janë studiuar gjerësisht, të tilla si oksidet e metaleve në tranzicion, kalkogjenidet metalike në tranzicion, kryesisht duke përfshirë sulfidet dhe selenidet, dhe karbidet metalike në tranzicion/nitrid, nitridi i boronit gjashtëkëndor, LDH me shtresa, 2D MOF, fosfen, fosfen, fosfen, fosfen German, etj. Megjithëse këto materiale 2D kanë një strukturë të zakonshme 2D në tërësi, vetitë specifike fizike dhe kimike ndryshojnë në varësi të përbërjes kimike, e cila gjithashtu i jep familjes 2D të materialit një gamë të gjerë aplikimesh. Midis tyre, karbidi metalik me shtresa të tranzicionit është ylli më i nxehtë në dekadën e kaluar, i ashtuquajturi mxene, për shkak të vetive të tij të ngjashme me arin e përçueshmërisë elektrike, grupeve funksionale të pasura me sipërfaqe, siç janë -f, -oh dhe = o, Hidrofilitet i shkëlqyeshëm dhe elektronegativitet sipërfaqësor dhe karakteristika të tjera të shkëlqyera gjithëpërfshirëse. Meqenëse u sintetizua për herë të parë në vitin 2011, ajo është bërë një temë e nxehtë kërkimore për studiuesit në të gjithë botën, sepse ne e dimë se shumica e materialeve 2D shfaqin veti izoluese, gjysmëpërçuese ose gjysëm-metale, kështu që zbulimi i mxene është agimi i materialit 2D sistem. Jo vetëm kaq, në krahasim me komponentët e tjerë të fundëm të dy-dimensioneve, MXene ka një diversitet shumë të pasur bazuar në shtresa të ndryshme atomike, falë renditjes atomike metalike në aeroplan ose jashtë aeroplanit, nga M2X, në M3x2, në M4x3 dhe Kohët e fundit M5X4, i cili sjell më shumë se 100 përbërës të mundshëm në sistemin e materialit MXene. Kjo është e pakrahasueshme nga çdo material tjetër deri më tani. Më e rëndësishmja, sipas kushteve të ndryshme të gravimit dhe metodave të fazës maksimale të pararendësit, një numër i madh i grupeve funksionale në sipërfaqen e mxene mund të rregullohen, në mënyrë që të mund të synohet sipas skenarit të aplikimit për të hartuar strukturën më të favorshme të sipërfaqes . Forca van der Waals midis shtresave mxene mund të tejkalohet me ndihmë të thjeshtë tejzanor në terren, shoqëruar me zmbrapsjen elektrostatike të gjeneruar nga elektronegativiteti midis shtresave mxene, është e lehtë të merret një zgjidhje shumë shpërndarëse koloidale, dhe një material të përbërë me membranë me Ultra -Fleksibiliteti dhe përçueshmëria ultra e lartë mund të merren me nxjerrje dhe filtrim të thjeshtë. Për shkak të kësaj natyre të shkëlqyeshme gjithëpërfshirëse, 2D Mxene është një material i gjithanshëm ndërtimi, aplikimet e të cilit pasi zbulimi i tij varion nga ruajtja fillestare e energjisë deri tek katalizimi, ndjerë, qelizat diellore dhe mbrojtja elektromagnetike në zhvillim, trajtimi i ujit dhe biomjekësia.

Ekzistojnë dy palë për gjithçka, megjithëse materialet MXene kanë shumë përparësi si më lart, por disavantazhet e tij në fushat specifike të aplikimit me të cilat duhet të përballemi. Për aplikimet e ruajtjes së energjisë, përçueshmëria e lartë elektrike dhe forca kimike e MXene mund të ruajë një sasi të madhe të ngarkesës përmes sjelljes pseudocapacitance. Sidoqoftë, performanca aktuale elektrokimike e materialeve të elektrodave të bazuara në MXene varet rreptësisht nga vetitë e sipërfaqes të kontrolluara nga kushtet e sintezës, dhe shpesh përballet me fenomene serioze të vetë-rafteve gjatë cikleve afatgjata të ngarkimit dhe shkarkimit. Ajo pengon shumë sjelljen e difuzionit të joneve. Dhe periudha e tij më e lartë e peshës molekulare zakonisht ka nivele të pakënaqshme të kapacitetit teorik. Mxene në fazën e saj të pastër është gjithashtu e vështirë të përshkruhet se ka performancë të mjaftueshme për aplikimet katalitike. Për aplikime të tjera, një situatë e ngjashme ka qenë një enigmë kryesore për studiuesit. Këtu, i përbërë, është mënyra më e efektshme, sepse mund të kombinojë avantazhet e përbërësve të ndryshëm, kombinimi i të dyve ka një "reaksion kimik" të mundshëm, mund të sjellë efekte sinergjike për materialet mxene, të marrë thelbin, të shkojë në pëllumb, dhe Ndihmoni performancën e materialeve të bazuara në MXene në një nivel të ri.

Këtu, ne përmbledhim sistematikisht integrimin strukturor të "1 + 1> 2", domethënë, "XD Carbon + 2d Mxene = ∞". Sipas dimensioneve të ndryshme të matricës së karbonit, nga dimensioni i ulët deri në dimension të lartë, 0D pikat kuantike deri në skeletin e karbonit 3D, dhe integrimi i strukturës së përbërë 2D mxene, së pari, sipas llojeve të ndryshme të matricës së karbonit dhe metodave të ndryshme hibride përkatëse, letra përmbledh dhe krahason. Së dyti, marrëdhëniet strukturë-aktivitet të heterostrukturave XD / 2D-karbon / mxene u krahasuan sipas logjikës së sintezës-strukturës-performancës. Bazuar në afatin kohor të matricës shumë-dimensionale të karbonit dhe kompleksit mxene, nga rekombinimi fillestar 1D CNTS, asambleja e grafenit 2D, deri tek ngarkesa e karbonit me rrjedhë 3D, dhe së fundmi, ankorimi i 0D pikave kuantike të karbonit, shkencëtarët mund të jenë qartë Kuptoni venën e eksplorimit. Nga numri i artikujve të botuar, nuk është e vështirë të shihet se numri i punimeve kërkimore që lidhen me materialet mxene po rritet nga viti në vit, ndër të cilat, përqindja e hulumtimeve mbi kompozitat e karbonit me bazë MXene është gjithashtu duke u bërë më e lartë dhe më e lartë, dhe Më e rëndësishmja, është gjithnjë e më e bollshme për sa i përket llojeve, gjë që është mirënjohëse për përparimin e hulumtimit të MXene. Në fund të fundit, përparimi i hulumtimit të kompozitave të karbonit me bazë MXene u përmblodh dhe drejtimi i ardhshëm i hulumtimit u kërkua.