化石能源的大量使用带来了严重的环境污染和能源问题，人们开始减少化石能源的使用，寻求绿色环保可再生的代替能源。过去几十年催化技术的发展，在材料表面化学性能研究方面已经取得了不小成就。
MXenes材料是一种二维层状结构的过渡金属碳/氮化物, 这是一类新型的二维功能材料。自2011年由美国德雷塞尔大学的Michel Barsoum和Yury Gogotsi教授团队首次发现并报道, 并引起了学术界的广泛关注。特别是近年来二维材料MXene的研究热潮的出现，大量的实验和理论表明它们具有优异的能量转换和电化学储能潜力。MXene是一类通过选择性刻蚀MAX相材料制得的金属碳化物和碳氮氧化物的二维晶体，得益于它独特的二维结构与丰富可调的组分，MXene在电催化领域展现出了非常好的应用前景，MXenes复合材料催化剂显示出的优越性将会极大的推动催化氧化/析氢和有机物降解领域的发展。
MXene材料有良好的导电性、大的比表面积、优异的催化性、优良的自润滑性能、丰富的表面基团及低成本等优点，使其成为储能、催化和摩擦学等多个领域的明星材料，受到越来越多研究者的关注。
在储能领域的应用：在结构方面，MXene由碳层和过渡金属层交替组成，赋予了MXene良好的导电性和赝电容特性。在组成方面，相比于单元素二维材料，MXene含有M与X双元素多元素（MXene固溶体），且M-X之间多种类型的价键成分赋予MXene更加丰富的调控空间。合理利用MXene的结构和成分特征，可制备性能优异的电极材料。因此MXene在储能领域有着广泛的应用前景，包括超级电容器、离子电池等。
在催化领域的应用：由于MXene表面含有亲水官能团，使其能够与各种半导体材料形成结构稳定的复合材料；其次MXene上暴露的末端金属能够增加其表面的氧化还原位点；另外 MXene具有巨大的比表面积和优异的金属导电性，能确保载流子的有效转移，使其在催化剂领域中显示出巨大的应用前景（如光/电催化降解污染物、水解制氢和还原二氧化碳等）。
MXenes具有其他二维材料如传统碳材料和过渡金属二硫化物等无可比拟的优点，特别是它优异的导电性使其在许多方面有很好的应用前景，例如电极材料方面。MXenes表面的官能团使其具有丰富的表面性质，如良好的亲水性和表面电负性，在电催化过程中，良好的亲水性使得活性位点与电解质的接触更充分。另外，与过渡金属硫化物相比，MXenes可以在更宽的表面区域进行催化，使其催化活性位点的数量更多。同时，将催化剂以纳米颗粒的形式分散在二维材料表面可以大大减少其消耗量，节约成本。负载贵金属后，其与纳米复合催化剂上的含氧官能团相互作用，改变了电子态，加之二维材料本身的高电导率，使得制备的催化剂将会具有极好的电催化性能。
综上所述，为了更加充分发挥MXene的优异性能及其实际应用价值，根据聚合物基体的结构特性与应用领域，设计合理、简便的制备与改性方法，协同发挥其优异特性是未来研究的主要方向。此外，结合分子模拟建模和实验的协同研究，深入、全面地了解MXene结构与性能的关系，为拓展其在更广泛的领域应用奠定基础。相信随着研究者的不断深入研究，MXene将有望成为继石墨烯后，新一代的“材料巨星”，在更多应用领域展现其独特的魅力。
资料编号：[261703]
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