生物学|用于锂基电池的二维金属碳化物/氮化物（MXene）纳米复合材料的最新进展（二）( 二 ) 生物学

图 13. (a b) 3D 蓬松 MXene 在不同放大倍数下的 SEM 图像。(c) 3D 蓬松 MXene 的 TEM 图像。(d) 3D-MXene 的 TEM 图像。(e) 添加适量表面活性剂的 3D-MXene 的 SEM 和 (f) TEM 图像。经 Ref. 许可转载。?2008 ，美国化学学会。
Shah 等人采用喷雾干燥方法将 MXene 卷曲、弯曲和折叠成 3D 皱褶结构。由于具有多层的手风琴状形态，他们将 MXene 结构插入 DMSO 以使其分层。2D-MXene 的转化是在没有模板辅助的情况下实现的；然而，已确定使用更高浓度的 MXene 可以减少起皱，并且通过再水合可以实现结构的可逆性。嵌入和非嵌入 MXenes 的 SEM 图像显示在图 14（a ， b）中。浓度和可逆性对 MXene 起皱程度的影响如图 14（c ， d）所示。MXene 的再水化导致产品无法弯曲、折叠或滚动，如图 14（d）所示。
图 14. (a) 非插层 MXene 的 SEM 图像， (b) 插层 MXene 的 SEM 图像， (c) 喷雾干燥的 MXene 的 TEM 图像，和 (d) MXene 的 TEM 图像，显示了可逆性的可能性皱巴巴的到没有皱巴巴的。经参考许可转载。?2017 ，英国皇家化学学会。
MXene纳米片在基材上的沉积不一定对其多孔结构产生影响；因此，它的形态很容易控制。据报道，多孔 MXenes（基于混合或复合材料）可以通过涂层和干燥方法制造。Ma 等人制造了 MXene 和 rGO 的混合体，用于压阻传感器应用。MXene 和氧化石墨烯的分散混合物是通过超声处理产生的。混合体（横向尺寸约为 584.50 nm）在 – 60 °C 和 1 个大气压下进行冷冻干燥以产生气凝胶。气凝胶在 200°C 下在 1:9 H2/Ar 气氛中退火 120 分钟。该技术的优点包括表面积大、电导率高、多孔结构优良和增强的几何效应。所产生的 MXene 纳米片的六边形结构的确认如图 15（a）所示。图 15(bc) 显示了 MXene 的微孔结构，表现出松散的范德华相互作用。此外，图 15(d) 显示了保留其 2D 结构的混合 MXene 的放大图像。
图 15. (a) 非杂化 MXene 的 TEM 图像；插图是它的衍射图案。(b c) MXene-rGO 混合物在不同放大倍数下的 SEM 图像。(d) MXene-rGO 混合物进一步放大的 SEM 图像。经参考许可转载。?2018 ，美国化学学会。
总之，层的分层、层间空间、空位的引入和表面改性是提高 MXenes 在特定应用中的性能的方法。多孔 MXenes 可用于制造能量存储设备，例如锂离子、钠离子、镁离子和铝离子电池。此外，利用 MXene 的各种优势，可以制造用于大型能源设备、治疗药物和传感器的可行超级电容器电极。多孔材料的电导率可以控制，它们的离子传输介质、介电常数和波传播可以很容易地调整或控制。
4. MXenes的特性
简而言之，石墨烯是一种单原子厚的薄片，由六边形排列的 sp2 键合碳原子组成，这些碳原子自由悬浮在外来基底上。石墨烯家族的成员包括单层、双层、三层、少层和多层石墨烯、乱层碳、石墨烯纳米/微米片和剥离石墨。其他形式的石墨烯包括：氧化石墨烯 (GO)、rGO、石墨烯点和石墨烯带。单层石墨烯是一种具有零能带隙的半金属。相比之下，双层石墨烯是一种带隙的半导体，可以通过外部电位差进行调整。每种形式的石墨烯都具有不同的特性。此外，石墨烯的物理性质由于其零带隙和狄拉克点处的线性能量-动量特性而突出。此外， MXenes 是通过蚀刻或剥离利用 M-A 之间存在的弱键从 MAX 相产生的，而从 MAX 相形成 MXene 是 A 元素选择性蚀刻的结果。
4.1.结构特性
影响MXenes结构特性的一个重要因素是合成方法。MXene 的制备方法已被证明会影响其结晶度、层间距、孔隙率和尺寸。通常， MXene 具有 M2XTx、M3X2Tx 或 M4X3Tx 配置，其中 n 是 M 的 n+1 层中 X 元素的层，如图 16 所示。这意味着随着 'n' 值从 1 增加到 3 ， MXene 存在于 3 种可能的晶格结构中。这些结构可分为 MXene 的有序相和固溶体相，如图 16 所示。在有序 MXene 相中，一种过渡金属层夹在第二种过渡金属层之间。固溶体 MXene 在 M 层中随机分布着两种不同的过渡金属。MXene 的六边形密排晶体结构具有 M2X 的 ABABAB 序列，而 M3X2 和 M4X3 具有 ABCABC (FCC) 序列。Mantovani 等人进行的另一项研究报告称， MXene 以六种不同的结构存在：(i) 固溶体， (ii) 1-M 元素， (iii) 随机分布的空位， (iv) 有序的面外 2-M 元素 (v) 有序的面内 2-M 元素，和 (vi) 空位有序的 MXene ，如图 17 所示。
图 17. 扩展的 MXene 结构。经 Ref. 许可转载。?2019 Elsevier Science Ltd.
4.2.电气特性
材料的电气特性在很大程度上决定了它们生产电子和储能设备的可行性。二维材料的金属丰度部分解释了其优异的电性能。电极材料通常通过简单的方法制造，并且必须具有可观的导电性。在大多数情况下，二维材料的导电性取决于合成方法和氧化。此外， MXene 的导电性和比表面积可以通过加入其他材料来提高。