prog Mater. วิทยาศาสตร์ (ถ้า: 48.165) | 2d mxene และ carbon

ความสำคัญของคาร์บอนซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของชีวิตนั้นชัดเจนในตัวเอง ตั้งแต่ยุคยุคหินมนุษย์พยายามใช้คาร์บอนเพื่อตอบสนองความต้องการขั้นพื้นฐานที่สุดของเรา วันนี้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวัสดุคาร์บอนแบบเต็มมิติจากจุดควอนตัมคาร์บอน 0D, ท่อนาโนคาร์บอน 1D หรือแถบ, กราฟีน 2D และโฟมคาร์บอน 3D และอื่น ๆ ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา ดังนั้นวัสดุคาร์บอนจึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในโลกที่เราอาศัยอยู่เพื่อรับใช้ชีวิตของเรา ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่ไม่มีใครเทียบได้ทำให้เป็นผู้บุกเบิกและเป็นผู้นำในหลายสาขาแอปพลิเคชันและยังสามารถรวมเข้ากับวัสดุอื่น ๆ เพื่อให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในบางพื้นที่

นับตั้งแต่การค้นพบของกราฟีน 2D วัสดุ 2D จำนวนมากได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเช่นออกไซด์โลหะทรานซิชัน chalcogenides โลหะทรานซิชันส่วนใหญ่รวมถึงซัลไฟด์และซีลีนด์และการเปลี่ยนผ่านโลหะคาร์ไบด์/ไนไตรด์ Gerne, ฯลฯ แม้ว่าวัสดุ 2D เหล่านี้จะมีโครงสร้าง 2D ทั่วไปโดยรวม แต่คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงนั้นแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีซึ่งยังช่วยให้ครอบครัววัสดุ 2D มีการใช้งานที่หลากหลาย ในหมู่พวกเขาคาร์ไบด์โลหะทรานซิชันเป็นดาวที่ร้อนแรงที่สุดในทศวรรษที่ผ่านมา MXENE ที่เรียกว่าเนื่องจากคุณสมบัติที่มีลักษณะคล้ายทองคำของการนำไฟฟ้ากลุ่มการทำงานที่อุดมไปด้วยพื้นผิวเช่น -F, -OH และ = O การไฮโดรฟิลิตี้ที่ยอดเยี่ยมและอิเลคโตรเนกาทิฟวิททิตี้พื้นผิวและลักษณะที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ ที่ครอบคลุม เนื่องจากเป็นการสังเคราะห์ครั้งแรกในปี 2011 มันได้กลายเป็นหัวข้อการวิจัยที่ร้อนแรงสำหรับนักวิจัยทั่วโลกเพราะเรารู้ว่าวัสดุ 2D ส่วนใหญ่แสดงเป็นฉนวนเซมิคอนดักเตอร์หรือคุณสมบัติกึ่งโลหะดังนั้นการค้นพบ MXENE เป็นรุ่งอรุณของวัสดุ 2D 2D วัสดุ 2D ระบบ. ไม่เพียงแค่นั้นเมื่อเทียบกับส่วนประกอบไฟไนต์สองมิติอื่น ๆ MXENE มีความหลากหลายที่หลากหลายตามชั้นอะตอมที่แตกต่างกันเนื่องจากการสั่งอะตอมของโลหะในระนาบหรือนอกระนาบจาก M2X ถึง M3x2 ถึง M4x3 และ M4x3 เมื่อเร็ว ๆ นี้ M5x4 ซึ่งนำส่วนประกอบที่เป็นไปได้มากกว่า 100 รายการไปยังระบบวัสดุ MXENE สิ่งนี้ไม่มีใครเทียบได้กับวัสดุอื่น ๆ จนถึงตอนนี้ ที่สำคัญกว่านั้นตามเงื่อนไขการแกะสลักที่แตกต่างกันและวิธีการของเฟสสูงสุดของสารตั้งต้น MAX จำนวนมากกลุ่มการทำงานบนพื้นผิวของ MXENE สามารถควบคุมได้เพื่อให้สามารถกำหนดเป้าหมายได้ตามสถานการณ์แอปพลิเคชันเพื่อออกแบบโครงสร้างพื้นผิวที่ดีที่สุด . แรงของ Van der Waals ระหว่างชั้น MXENE สามารถเอาชนะได้ด้วยความช่วยเหลือด้านสนามอัลตราโซนิกอย่างง่ายควบคู่ไปกับการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากอิเล็กโตรเนกาทิบิตี้ระหว่างชั้น MXENE มันเป็นเรื่องง่ายที่จะได้รับสารละลายคอลลอยด์ที่กระจายตัวสูงและวัสดุเมมเบรนคอมโพสิต -ความยืดหยุ่นและการนำไฟฟ้าสูงเป็นพิเศษสามารถทำได้โดยการสกัดและการกรองอย่างง่าย เนื่องจากธรรมชาติที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยมนี้ 2D MXENE จึงเป็นวัสดุสร้างที่หลากหลายซึ่งการใช้งานตั้งแต่การค้นพบมีตั้งแต่การจัดเก็บพลังงานเริ่มต้นไปจนถึงการเร่งปฏิกิริยา, การตรวจจับ, เซลล์แสงอาทิตย์และการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่, การบำบัดน้ำและชีวการแพทย์

มีสองด้านสำหรับทุกสิ่งแม้ว่าวัสดุ MXENE มีข้อได้เปรียบมากมายเช่นข้างต้น แต่ข้อเสียของมันในสาขาแอปพลิเคชันเฉพาะที่เราต้องเผชิญ สำหรับการใช้งานการจัดเก็บพลังงานการนำไฟฟ้าและความแข็งแรงทางเคมีสูงของ MXENE สามารถเก็บประจุจำนวนมากผ่านพฤติกรรม pseudocapacitance อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริงของวัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้ MXENE นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพื้นผิวที่ควบคุมโดยเงื่อนไขการสังเคราะห์และมักจะเผชิญกับปรากฏการณ์การสกัดด้วยตนเองอย่างรุนแรงในช่วงระยะยาวและรอบการปลดปล่อย มันเป็นอุปสรรคต่อพฤติกรรมการแพร่ของไอออนอย่างมาก และระยะเวลาน้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นของตัวเองมักจะมีระดับความสามารถทางทฤษฎีที่ไม่น่าพอใจ MXENE ในเฟสบริสุทธิ์นั้นยากที่จะอธิบายว่ามีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา สำหรับแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ สถานการณ์ที่คล้ายกันเป็นปริศนาที่สำคัญสำหรับนักวิจัย ที่นี่คอมโพสิตเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเพราะสามารถรวมข้อดีของส่วนประกอบที่แตกต่างกันการรวมกันของทั้งสองมี "ปฏิกิริยาทางเคมี" ที่อาจเกิดขึ้นอาจนำมาซึ่งผลเสริมฤทธิ์กันสำหรับวัสดุ MXENE ช่วยประสิทธิภาพของวัสดุที่ใช้ MXENE ในระดับใหม่

ที่นี่เราสรุปการรวมโครงสร้างของ "1 + 1> 2" อย่างเป็นระบบอย่างเป็นระบบนั่นคือ "XD Carbon + 2d MXENE = ∞" ตามขนาดที่แตกต่างกันของเมทริกซ์คาร์บอนจากมิติต่ำถึงมิติสูงจุดควอนตัม 0D ถึงโครงกระดูกคาร์บอน 3D และการรวมโครงสร้างคอมโพสิต 2D MXENE ส่วนแรกตามเมทริกซ์คาร์บอนชนิดต่าง ๆ และวิธีการลูกผสมที่แตกต่างกัน และเปรียบเทียบ ประการที่สองความสัมพันธ์ของโครงสร้าง-กิจกรรมของโครงสร้าง heterostructures XD / 2D-CARBON / MXENE ถูกนำมาเปรียบเทียบตามตรรกะการสังเคราะห์โครงสร้าง-ประสิทธิภาพ ขึ้นอยู่กับไทม์ไลน์ของเมทริกซ์คาร์บอนหลายมิติและคอมเพล็กซ์ MXENE จากการรวมตัวกันใหม่ 1D CNTS ชุดประกอบกราฟีน 2D ไปจนถึงการโหลดคาร์บอน 3D ที่ได้มา เข้าใจหลอดเลือดดำของการสำรวจ จากจำนวนบทความที่ตีพิมพ์ไม่ยากที่จะเห็นว่าจำนวนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับวัสดุ MXENE เพิ่มขึ้นทุกปีซึ่งสัดส่วนของการวิจัยเกี่ยวกับคอมโพสิตคาร์บอนที่ใช้ MXENE ก็สูงขึ้นเรื่อย ๆ ที่สำคัญกว่านั้นมันมีมากขึ้นเรื่อย ๆ ในแง่ของประเภทซึ่งเป็นที่น่ายินดีสำหรับความก้าวหน้าการวิจัยของ MXENE ในท้ายที่สุดความคืบหน้าการวิจัยของคอมโพสิตคาร์บอนที่ใช้ MXENE ได้รับการสรุปและทิศทางการวิจัยในอนาคตก็ถูกคาดการณ์ไว้