Prog. Mater. Sci. (Jekk: 48.165) | 2d mxene u karbonju

L-importanza tal-karbonju, wieħed mill-aktar elementi importanti tal-ħajja, hija evidenti minnha nnifisha. Mill-era Paleolitika, il-bnedmin ippruvaw jużaw il-karbonju biex jissodisfaw il-bżonnijiet l-iktar bażiċi tagħna. Illum, ix-xjentisti żviluppaw b'suċċess materjali tal-karbonju b'dimensjoni sħiħa, minn 0D carbon quantum dots, nanotubi jew faxex tal-karbonju 1D, 2D graphene u ragħwa tal-karbonju 3D, u l-bqija, intużaw ħafna f'ħafna oqsma. Għalhekk, il-materjali tal-karbonju għandhom ukoll rwol estremament importanti fid-dinja li ngħixu fiha, li naqdu ħajjitna. Il-vantaġġ mingħajr paragun jagħmilha pijuniera u mexxej f'ħafna oqsma ta 'applikazzjoni, u jista' saħansitra jkun integrat ma 'materjali oħra biex ikollu prestazzjoni aħjar f'xi oqsma speċifiċi.

Mill-iskoperta tal-grafena 2D, ħafna materjali 2D ġew studjati b'mod estensiv, bħal ossidi tal-metall ta 'transizzjoni, chalcogenides tal-metall ta' tranżizzjoni, prinċipalment inklużi sulfidi u selenides, u karburi tal-metall ta 'tranżizzjoni / nitruri, nitruli tal-boron hexagonali, LDH b'saff, LDH, 2D MOF, fosfene, Germane, eċċ. Għalkemm dawn il-materjali 2D għandhom struttura 2D komuni kollha kemm hi, il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi speċifiċi jvarjaw skont il-kompożizzjoni kimika, li tagħti wkoll lill-familja 2D tal-familja firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet. Fost dawn, il-karbur tal-metall ta 'transizzjoni b'saffi huwa l-iktar stilla sħuna fl-aħħar għaxar snin, l-hekk imsejħa mxene, minħabba l-proprjetajiet tad-deheb tagħha ta' konduttività elettrika, gruppi funzjonali b'ħafna wiċċ, bħal -f, -OH u = o, Idrofiliċità eċċellenti u elettronegatività tal-wiċċ u karatteristiċi eċċellenti oħra komprensivi. Peress li l-ewwel ġie sintetizzat fl-2011, sar suġġett ta 'riċerka sħuna għar-riċerkaturi madwar id-dinja, għaliex nafu li ħafna materjali 2D juru proprjetajiet iżolanti, semikondutturi jew semi-metalliċi, u għalhekk l-iskoperta ta' mxene hija l-bidunett tal-materjal 2D sistema. Mhux hekk biss, meta mqabbel ma 'komponenti finiti b'żewġ dimensjonijiet oħra, Mxene għandu diversità rikka ħafna bbażata fuq saffi atomiċi differenti, grazzi għall-ordni atomika tal-metall fil-pjan jew barra mill-pjan, minn M2X, sa M3x2, sa M4x3 u Aktar reċentement M5x4, li ġġib aktar minn 100 komponent possibbli għas-sistema tal-materjal MXENE. Dan mhux imqabbel minn kwalunkwe materjal ieħor s'issa. Aktar importanti minn hekk, skont il-kundizzjonijiet differenti tal-inċiżjoni u l-metodi tal-fażi massima prekursur, numru kbir ta 'gruppi funzjonali fuq il-wiċċ ta' mxene jistgħu jiġu rregolati, sabiex ikun jista 'jkun immirat skont ix-xenarju tal-applikazzjoni biex jiddisinja l-iktar struttura tal-wiċċ favorevoli - Il-forza ta 'van der Waals bejn is-saffi ta' mxene tista 'tingħeleb permezz ta' assistenza ultrasoniku sempliċi fuq il-post, flimkien mar-repulsjoni elettrostatika ġġenerata mill-elettronegatività bejn is-saffi ta 'mxene, huwa faċli li tinkiseb soluzzjoni kollojdali dispersiva għolja, u materjal tal-membrana kompost, u materjal tal-membrana kompost ma' Ultra -Flexibilità u konduttività ultra-għolja jistgħu jinkisbu permezz ta 'estrazzjoni u filtrazzjoni sempliċi. Minħabba din in-natura komprensiva eċċellenti, 2D Mxene huwa materjal ta 'bini versatili li l-applikazzjonijiet tiegħu mill-iskoperta tagħha jvarjaw mill-ħażna inizjali tal-enerġija għal katalisi, sensing, ċelloli solari u lqugħ elettromanjetiku emerġenti, trattament tal-ilma u bijomediċina.

Hemm żewġ naħat għal kollox, għalkemm il-materjali mxene għandhom ħafna vantaġġi bħal hawn fuq, iżda l-iżvantaġġi tagħha f'oqsma ta 'applikazzjoni speċifiċi li rridu niffaċċjaw. Għal applikazzjonijiet ta 'ħażna ta' enerġija, il-konduttività elettrika għolja ta 'Mxene u s-saħħa kimika jistgħu jaħżnu ammont kbir ta' ħlas permezz ta 'mġieba ta' psewdokapacitazzjoni. Madankollu, il-prestazzjoni elettrokimika attwali ta 'materjali ta' l-elettrodi bbażati fuq mxene tiddependi strettament fuq il-proprjetajiet tal-wiċċ ikkontrollati mill-kundizzjonijiet ta 'sinteżi, u ħafna drabi tiffaċċja fenomeni serji ta' awto-stacking matul ċikli ta 'ħlas u kwittanza fit-tul. Tfixkel bil-kbir l-imġieba ta 'diffużjoni ta' joni. U l-perjodu ta 'piż molekulari ogħla tiegħu stess normalment ikollu livelli ta' kapaċità teoretika mhux sodisfaċenti. Mxene fil-fażi pura tiegħu huwa wkoll diffiċli biex tiddeskrivi bħala li għandha prestazzjoni suffiċjenti għal applikazzjonijiet katalitiċi. Għal applikazzjonijiet oħra, sitwazzjoni simili kienet puzzle maġġuri għar-riċerkaturi. Hawnhekk, kompost, huwa l-iktar mod effettiv, minħabba li jista 'jgħaqqad il-vantaġġi ta' komponenti differenti, il-kombinazzjoni tat-tnejn għandha "reazzjoni kimika" potenzjali, tista 'ġġib effetti sinerġistiċi għal materjali mxene, tieħu l-essenza, tmur id-dross, u Għin il-prestazzjoni ta 'materjali bbażati fuq Mxene għal livell ġdid.

Hawnhekk, aħna sistematikament niġbru fil-qosor l-integrazzjoni strutturali ta '"1 + 1> 2", jiġifieri, "XD karbonju + 2d mxene = ∞". Skond dimensjonijiet differenti tal-matriċi tal-karbonju, minn dimensjoni baxxa għal dimensjoni għolja, 0D quantum tikek għal skeletru tal-karbonju 3D, u l-integrazzjoni ta 'struttura kompost 2D mxene, l-ewwelnett, skond tipi differenti ta' matriċi tal-karbonju u metodi ibridi differenti li jikkorrispondu, il-karta tiġbor fil-qosor, tiġbor fil-qosor u tqabbel. It-tieni nett, ir-relazzjonijiet struttura-attività ta 'XD / 2D-karbonju / mxene eterostrutturi tqabblu skond il-loġika ta' prestazzjoni ta 'struttura ta' sinteżi. Ibbażat fuq l-iskeda ta 'żmien tal-matriċi tal-karbonju multi-dimensjonali u l-kumpless mxene, mir-rikombinazzjoni inizjali ta' 1D CNTs, assemblaġġ tal-grafen 2D, għat-tagħbija tal-karbonju derivata minn 3D, u aktar reċentement, l-ankraġġ ta '0D karbonju quantum tikek, ix-xjentisti jistgħu b'mod ċar Tifhem il-vina tal-esplorazzjoni. Mill-għadd ta 'artikoli ppubblikati, mhuwiex diffiċli li wieħed jara li n-numru ta' dokumenti ta 'riċerka relatati mal-materjali mxene qed jiżdied sena wara sena, fosthom, il-proporzjon ta' riċerka fuq komposti tal-karbonju bbażati fuq mxene qed isir ukoll ogħla u ogħla, u Aktar importanti minn hekk, huwa dejjem aktar abbundanti f'termini ta 'tipi, li huwa ta' sodisfazzjon għall-progress tar-riċerka ta 'mxene. Fl-aħħar, il-progress tar-riċerka tal-komposti tal-karbonju bbażati fuq Mxene ġie deskritt fil-qosor u d-direzzjoni futura tar-riċerka kienet prospetti.