我國在MAX相結(jié)構(gòu)材料和MXene能源材料領(lǐng)域的最新研究成果

MAX相材料是由三種元素組成的天然層狀碳氮化物無機(jī)非金屬類材料, 其具有金屬的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性質(zhì), 也具備結(jié)構(gòu)陶瓷的高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕等苛刻環(huán)境服役能力。MAX相材料在高溫潤滑、耐氧化涂層、事故容錯核材料、自修復(fù)復(fù)合材料和能源材料等領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注, 國內(nèi)外材料學(xué)家都在積極開展大量的探索研究。我國在MAX相結(jié)構(gòu)材料和MXene能源材料領(lǐng)域均取得了顯著的成績, 隨著合成技術(shù)的發(fā)展和多學(xué)科交叉的深入探索, 目前已經(jīng)有越來越多的國內(nèi)材料研究小組投身此類新穎材料的研究。

1．MAX和MXene：元素周期表的另一種詮釋

MAX相的晶體結(jié)構(gòu)由Mn+1Xn結(jié)構(gòu)單元與A元素單原子面交替堆垛排列而成, 兼具金屬和陶瓷的諸多優(yōu)點, MAX相的A層原子被刻蝕之后獲得成分為Mn+1XnTx(Tx為表面基團(tuán))的二維納米材料, 即MXene。目前，該類材料的諸多特性有何機(jī)制尚缺少全新詮釋。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所黃慶研究員介紹了近年來國內(nèi)外MAX相和MXene材料領(lǐng)域在成分與結(jié)構(gòu)、合成方法、性能與應(yīng)用研究等方面的研究動態(tài), 據(jù)此展望未來幾年該類新穎材料的發(fā)展方向。

DOI: 10.15541/jim20190560； 原文題目：三元層狀碳氮化合物(MAX相)及其衍生二維納米材料(MXene)研究趨勢與展望

2. MXene柔性材料：做成燕尾服還是運(yùn)動衣？

隨著可穿戴柔性電子技術(shù)的發(fā)展, 高靈敏度和寬感應(yīng)范圍的柔性力敏傳感器的需求量逐漸增大, MXene材料因其導(dǎo)電性好、柔韌性高、親水性好以及合成可控等優(yōu)點成為一種極具潛力的導(dǎo)電敏感材料。但此類材料真的能做成可傳感的燕尾服或是運(yùn)動裝嗎？中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所孫靜研究員就MXene基柔性力敏傳感器的類型、敏感材料的微結(jié)構(gòu)設(shè)計方式、傳感性能及傳感機(jī)理等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述和總結(jié)。

DOI:10.15541/jim20190282 原文題目：MXenes在柔性力敏傳感器中的應(yīng)用研究進(jìn)展 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190282

3. 傳統(tǒng)相圖：這個點熱平衡了嗎？

傳統(tǒng)MAX相中的A位可能被更多的過渡族金屬元素替代, 形成新型的MAX相, 而不同A位元素的MAX相性能差異很大, 但其熱力學(xué)穩(wěn)定性如何亟待揭示。中科院寧波材料所?？煽裳芯繂T探究了新型MAX相在不同溫度下的熱力學(xué)穩(wěn)定性。使用相圖計算(CALPHAD)方法建立起研究體系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫, 耦合第一性原理得到的新型MAX相生成焓數(shù)據(jù), 最終得到包含新型MAX相的三元相圖。他們?yōu)榇_定新型MAX相的熱力學(xué)穩(wěn)定性提供了系統(tǒng)的研究方法, 可應(yīng)用于指導(dǎo)合成更多未知的MAX相材料。

DOI:10.15541/jim20190184 原文題目：亞穩(wěn)相圖研究及其在特種陶瓷涂層中的應(yīng)用進(jìn)展 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190282

4. MAB相超高溫陶瓷：真能確保穿過大氣層的炙烤？

Cr4AlB4是一種近期發(fā)現(xiàn)的三元層狀硼化物MAB相陶瓷。該材料可形成具有保護(hù)性的氧化膜, 在高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力，但其物相穩(wěn)定性和力學(xué)行為的機(jī)制如何尚待證明。哈爾濱工業(yè)大學(xué)柏躍磊教授基于第一性原理的“線性優(yōu)化法”和“鍵剛度”理論模型分別研究了Cr4AlB4的物相穩(wěn)定性和力學(xué)行為。他們發(fā)現(xiàn)，聲子譜中沒有虛頻出現(xiàn), 表明Cr4AlB4具有本征穩(wěn)定性。而與其它Cr-Al-B系內(nèi)的競爭相相比, Cr4AlB4具有最低的能量, 表明其在熱力學(xué)上也是穩(wěn)定的。Cr4AlB4具有類似于MAX相的高損傷容限和斷裂韌性。

DOI:10.15541/jim20190160 原文題目：新型三元層狀硼化物Cr4AlB4的物相穩(wěn)定性和力學(xué)行為分析 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190160

5. 電磁屏蔽薄膜：和雷達(dá)探測玩?zhèn)€躲貓貓？

高強(qiáng)電磁屏蔽薄膜材料在柔性器件、汽車電子和航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景, 但要實現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)和戰(zhàn)艦?zāi)芘c敵方躲貓貓還需更多突破。受珍珠母微納米結(jié)構(gòu)及其優(yōu)異機(jī)械性能的啟發(fā), 北京化工大學(xué)張好斌教授利用簡單的溶液共混及真空抽濾方法, 將纖維素納米晶(CNC)和MXene混合, 經(jīng)層層組裝制備了高性能MXene基復(fù)合薄膜。薄膜的機(jī)械性能有了顯著提高, 同時保留了復(fù)合薄膜的高電導(dǎo)率(104S/m)和優(yōu)異的電磁屏蔽性能, 厚度8 μm時可達(dá)40 dB以上。

DOI:10.15541/jim20190148 原文題目：仿生構(gòu)筑超薄MXene/CNC電磁屏蔽復(fù)合薄膜 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190148

6. Ge/MXene復(fù)合材料：儲能電池一步搞定

鋰離子電池目前主導(dǎo)著電子器件的供能市場, 并且迅速向電網(wǎng)、汽車等領(lǐng)域滲透, 但開發(fā)大容量、高倍率、長壽命、低成本的電極材料仍在路上。中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院康帥課題組制備了Ge/MXene復(fù)合材料, 在MXene表面均勻負(fù)載了鍺金屬納米顆粒，并制備成電極、組裝成紐扣電池，作了充放電性能測試, 對電池的比容量、倍率、循環(huán)穩(wěn)定性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。他們首次將Ge金屬與MXene二維材料復(fù)合, 并用于儲能電池的研究, 對金屬/MXene復(fù)合材料制備和在鋰離子電池中的應(yīng)用有重要參考價值。

DOI:10.15541/jim20190161 原文題目：一步法制備鍺/MXene復(fù)合材料及其作為鋰離子電池負(fù)極的研究 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190161

7. 插層策略：MXene儲鈉調(diào)控新妙招

鈉離子電池（SIB）因鈉資源豐富、成本低廉，正迅速發(fā)展成鋰離子電池的替代品。但因鈉離子半徑比鋰離子的大（0.102 nm對0.076 nm），導(dǎo)致電極材料在充放電過程中發(fā)生塌陷，致使SIB缺少合適的陽極材料。中國科技大宋禮教授提出一種Mn2+插層策略用于優(yōu)化V2C MXene的儲鈉性能。Mn2+的插層不僅擴(kuò)大了V2C MXene的層間距，同時形成了V-O-Mn 共價鍵,有利于穩(wěn)定V2C的結(jié)構(gòu), 抑制Na+脫嵌過程中由于體積變化引起的結(jié)構(gòu)坍塌，潛在應(yīng)用前景廣闊。

DOI:10.15541/jim20190270 原文題目：Mn2+插層V2C MXene應(yīng)用于鈉離子電池的研究 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190270

8. 晶格混合：電化學(xué)活性大增

直接甲醇燃料電池因操作方便、轉(zhuǎn)化效率高、操作溫度低、污染少以及液體燃料易存儲易運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢具有良好的應(yīng)用前景, 但現(xiàn)有陽極催化劑存在催化活性低、抗CO中毒性差等缺點, 制約了其商業(yè)化應(yīng)用前景。河海大學(xué)張建峰教授采用三步法制備了一系列不同Pt、Ru配比的PtRu/(Ti3C2Tx)0.5-(MWCNTs)0.5陽極催化劑材料, Ru原子與Pt原子晶格混合, 形成了粒徑約3.6 nm的鉑釕雙金屬合金。他們的催化劑具有最佳的電化學(xué)性能, 其電化學(xué)活性面積達(dá)139.5 m2/g, 正向峰電流密度達(dá)36.4 mA/cm2。

DOI:10.15541/jim20190107 原文題目：二維碳化鈦/碳納米管負(fù)載鉑釕粒子的制備及電催化性能研究 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190107

9. 二維MXene酶傳感器：食品安全檢測大展神通

過氧化氫在制藥、醫(yī)療、紡織、造紙和食品加工等許多領(lǐng)域被廣泛用作抗菌劑、氧化劑、還原劑和漂白劑，但其容易形成殘留，且檢測不便。寧波大學(xué)張綾芷教授合成了具有垂直柵欄結(jié)構(gòu)的二維MXene材料, 與辣根過氧化物酶連接構(gòu)筑了過氧化氫電化學(xué)酶傳感器。該納米柵欄比表面積大，電子傳導(dǎo)特性優(yōu)良，水中分散特性好；固定在電極上的辣根過氧化物酶分子表現(xiàn)出了優(yōu)良的過氧化氫催化效果, 現(xiàn)已成功應(yīng)用于食品中過氧化氫殘留的檢測。

DOI:10.15541/jim20190139

原文題目：酶-二維MXene復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)檢測H2O2的應(yīng)用

原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190139

10. A位置換反應(yīng)：原子間的物競天擇

目前已經(jīng)合成出的MAX相材料已有70余種, 但A位元素一直局限在ⅢA和ⅣA主族元素, 如Al、Si、Ga等, 而以副族元素占據(jù)A位的MAX相鮮有報道。中科院寧波材料所黃慶研究員提出了一種元素置換策略，即在保持MAX相六方層狀晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上, 利用Al、Zn在高溫下形成共晶產(chǎn)物實現(xiàn)Zn原子向A層內(nèi)的遷移, 而熔鹽介質(zhì)的存在促進(jìn)了反應(yīng)動力學(xué)。本方法巧妙地避免了MAX相傳統(tǒng)合成過程中競爭相的形成，因此可以用于探索更多未知的MAX相材料。

DOI:10.15541/jim20180377 原文題目：基于A位元素置換策略合成新型MAX相材料Ti3ZnC2 原文鏈接： http://www.jim.org.cn/CN/10.15541/jim20190139

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http://www.jim.org.cn/CN/subject/listSubjectChapters.do?subjectId=1576472956096

原文標(biāo)題：給我一張元素周期表,還您一個材料新世界—《無機(jī)材料學(xué)報》近期MAX相和MXene材料論文精選一

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