二維過渡金屬碳化物/氮化物（MXenes）應(yīng)用潛力大 其研究和應(yīng)用正快速發(fā)展

　　MXenes即二維過渡金屬碳化物/氮化物，是一種新型二維結(jié)構(gòu)材料，化學(xué)通式為Mn+1XnTx，其中M代表過渡金屬，X代表碳或氮，n從1到4變化，Tx表示表面官能團(tuán)。

　　MXenes為六方密堆積晶體結(jié)構(gòu)，過渡金屬原子呈密堆積排列，碳或氮原子占據(jù)八面體位置。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，MXenes分為普通MXenes（o-MXenes）和原位MXenes（i-MXenes）兩大類；根據(jù)過渡金屬數(shù)量不同，MXenes分為單過渡金屬M(fèi)Xenes、多過渡金屬M(fèi)Xenes，其中多過渡金屬M(fèi)Xenes又分為無序MXenes（又稱固溶體MXenes）、有序MXenes兩種。

　　MXenes是一種新型二維材料，具有高導(dǎo)電性、比表面積大、表面基團(tuán)豐富、親水性好、可調(diào)機(jī)械性能、高重量電容、電致變色行為等特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、信息、傳感、催化、軟機(jī)器人、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁干擾屏蔽、功能紡織品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用空間廣闊。

　　MXenes是二維材料中發(fā)展與增長(zhǎng)速度最快的材料之一，截止至目前，已報(bào)道的MXenes家族成員超過百余個(gè)。Ti3C2Tx是首個(gè)合成的MXenes，也是目前MXenes材料研究研究最廣泛的一種。Ti3C2Tx剝離制備技術(shù)較成熟，即在氫氟酸（HF）中，通過選擇性刻蝕Ti3AlC2 MAX相前驅(qū)體中的單原子Al層制得。Ti3C2Tx具有高金屬導(dǎo)電性、親水性、可儲(chǔ)存電荷等特點(diǎn)，在能源儲(chǔ)存領(lǐng)域應(yīng)用潛力大。

　　根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2024-2028年二維過渡金屬碳化物/氮化物（MXenes）行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)分析報(bào)告》顯示，MXenes應(yīng)用前景廣闊，但其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)難度大，目前產(chǎn)業(yè)化面臨較多挑戰(zhàn)。目前Mxenes研究和應(yīng)用正處于快速發(fā)展階段，2023年全球Mxenes市場(chǎng)規(guī)模約2.4億元，隨著規(guī)模制備技術(shù)突破、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，Mxenes市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到10.0億元以上。

　　HF蝕刻法是最早報(bào)道用于MXenes的制備方法，但HF危險(xiǎn)性大，開發(fā)安全高效的制備方法對(duì)促進(jìn)MXenes工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義，近年來，隨著研究深入，MXenes制備方法也不斷增加，包括改性酸刻蝕法、熔融鹽刻蝕法、電化學(xué)刻蝕法、后過渡金屬元素置換法、路易斯酸氧化還原法、碘蝕刻法、微環(huán)境法等。

　　新思界行業(yè)分析人士表示，國外Mxenes生產(chǎn)商包括美國元素、日本材料技研、Sigma-Aldrich等。我國MXenes相關(guān)研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)或機(jī)構(gòu)包括清華大學(xué)、中科院寧波材料所、北京北科新材、濟(jì)南三川新材料、江蘇先豐納米材料、深圳六碳科技等。其中北京北科新材具備十公斤級(jí)Mxenes生產(chǎn)能力，濟(jì)南三川具有百噸級(jí)MAX相、十噸級(jí)MXenes、噸級(jí)MXene導(dǎo)電漿料生產(chǎn)能力，MAX相粉體純度達(dá)99.5%以上。

　　2024年10月，國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）發(fā)布“2024年度IUPAC化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”，二維材料MXenes位列其中，體現(xiàn)出了MXenes的巨大應(yīng)用潛力。

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