2D材料届的新星--MXene,下一个石墨烯?

DT半导体材料 2024-06-28 18:02

MXenes

活动主题铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展

活动时间:2024年7月10日下午14:00-17:00

活动地点:上海市滴水湖洲际酒店 1F“黄日”多功能会议厅(上海市浦东新区南汇新城滴水湖南岛1号)

报名咨询

李蕊

Tel:13373875075(微信同号)

E-mail:luna@polydt.com

提到当下热门的新型二维材料,你会想到哪些呢?如果不是该领域的一线科研人员,大概只知道石墨烯吧。但那个著名的胶带剥离石墨薄片的实验(2004年),已经是20年前的事情了……
   继石墨烯之后,2D材料届冉起的新星:MXene
新材料总是能带来新的技术机遇。
这期间,各种新型二维材料相继问世,石墨炔(GDY)、MXene、黑磷(BP)等,并逐渐赶超“老大哥”石墨烯,跃居材料界的热门前沿,其中,MXene材料成为材料领域的又一匹黑马,自从2011年由美国德雷塞尔大学的研究者们首次报道以来,MXene材料已在电化学储能、电磁屏蔽、电催化、压力传感器等热门方向,展示出良好的应用前景。就连家喻户晓的石墨烯,也从未在如此短的时间内引起科研人员对材料的浓烈的兴趣,研究论文呈现指数增长,但MXenes做到了这一点。2021年的论文发表数已超2200篇,其研究方向也几乎涵盖了能源、催化、吸附分离、传感探测、电磁屏蔽、生物医用、气体存储等所有前沿领域。随着MXenes材料越来越火热,频频登上Science、Nature、JACS、AM等顶级期刊。

MXene材料年发表论文数量

来源:徐斌:《MXene材料:制备、性质与储能应用》


作为二维材料的新成员,组成和结构的多样性赋予了MXene应用的无限可能。MXene结合了亲水性、丰富的表面基团、卓越的柔韧性和优异的导电性于一体。基于材料丰富的特性和功能,从电池、催化、光电子、医药到电信领域,MXenes在材料科学领域迅速崛起,成为继石墨烯之后二维纳米材料领域一颗冉冉升起的新星。
   MXene为何如此与众不同?
MXenes材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料,它外形类似于片片相叠的薯片。常由层状三元MAX相为前驱体,经过不同方法将A层腐蚀合成。MAX相的一般公式为Mn+1AXn(MAX),其中M为过渡金属(如Cr,Ti,V,Mn,Nb,Mo等),A通常为13或14族元素(如Al、Ga、Si或Ge),X为C,N,或C和N,n=1-4,Mn+1Xn层依次交错着A原子层形成了层层堆叠的结构。强M-X键具有共价键/金属键/离子键的混合性质,而M-A键是金属键,结合强度相对较弱,可以使用适当的蚀刻剂从MAX相中选择性地蚀刻“A”层获得MXene。MXene材料具有类石墨烯的二维片层结构,且理论预测有100多种。

它具有许多优越的特性包括元素组成和结构的可调性,金属特性,载流子迁移各向异性,良好的光学和机械性能等。目前该类材料已在多个领域(如能源、光学、催化等)引发了全世界的关注。

MXene材料在各领域的应用

来源:徐斌:《MXene材料:制备、性质与储能应用》

储能领域应用

MXene独特的二维层状结构、高的密度、类金属的导电性、可调控的表面端基、优异的机械性能以及赝电容的储能机理,使其成为一种非常有前景的电化学储能材料,在超级电容器、锂/钠/钾离子电池、锂硫电池、水系锌离子电池等诸多先进储能器件中都有独特的应用优势。

MXene作为活性材料应用于超级电容器表现出超高的体积比电容,用于锂/钠/钾离子电池负极具有优异的倍率性能,用于锂硫电池可显著改善其循环性能。此外,MXene易于制备成柔性一体化膜电极,可应用于柔性可穿戴储能器件。特别是,以高导电性的二维MXene纳米片为基底,将金属化合物、合金、导电聚合物等各种高比容量的活性物质负载于MXene 纳米片上,可制备出兼有高容量和优异循环与倍率性能的MXene基复合电极材料。因此,MXene成为当前能源材料领域研究的前沿热点。

光电催化

当前,光催化、电催化等技术的研究已经越来越广泛。由于MXene具有高电导率、特殊的光学性质以及丰富的表面官能团,已被广泛用作电催化剂和光催化剂,并且在未来十分有可能代替一些贵金属材料。在光催化领域,MXene材料在通常情况下的主要作用是作为光催化材料的光生电子受体,因为在光催化反应过程中,MXene的费米能级比目前绝大多数的半导体更低。另外,MXene在光催化中还可促进光生电子-空穴对的分离,或是作为光催化材料的载体限制光催化剂的尺寸、提高反应物的吸附能力等。而在电催化领域,通过利用MXene的亲水性及还原性。

电磁屏蔽

由于独特的结构和性能,许多MXene材料及MXene复合材料都具有优良的电磁波衰减性能,被广泛应用于电磁屏蔽领域。对MXene进行离子掺杂也可以进一步提升其电磁屏蔽性能。例如:将海藻酸钠插入MXene-Ti3C2Tx中会导致其层间距的增加,从而降低电导率,进而增加电磁波屏蔽性能;另外将磁性离子掺杂到MXene中形成的复合材料也可以用于电磁波的屏蔽和吸收。

生物医药

MXene由于具有特殊的二维平面纳米结构以及生物学效应,引起了纳米医学界的研究兴趣。

MXene在柔性传感器方面的应用

柔性传感器主要包括柔性压力/应变传感器、柔性湿度传感器、柔性温度传感器及柔性多功能集成传感器等。根据工作机理的不同又可以分为:压阻式、电容式、压电式、摩擦电式及其他类型等。MXene材料因其良好的导电性、机械强度、亲水性以及易于进行形貌调控等优点,逐渐在柔性传感器领域中发展起来。特别是在柔性压力/应变传感器方面取得了很好的进展。通常,制备柔性传感器有两种思路,一是在传感器中引入特殊的结构设计,如网格结构、仿生结构以及螺旋结构等,以提高传感器的综合性能;二是选择一些功能敏感材料,与传感器结合,在不损害传感器自身特性的条件下使传感器具备了功能敏感材料的特点。目前应用在柔性传感器的材料主要有金属纳米颗粒和纳米线/片、碳纳米管、石墨烯以及一些功能敏感的高分子材料等。MXene作为一种新型的二维纳米材料,首先充分考虑MXene自身的优点以及所需器件的目标需求,然后通过旋涂、喷涂、浸渍、压印、真空辅助过滤等技术将MXene与一些具有功能敏感性的材料复合起来形成新的传感体系,以获得最大的协同效应,继而得到高灵敏度、宽响应范围、快响应时间、低检测极限、高稳定性等性能优异的柔性传感器。

……

未来 MXene材料将会在更多功能应用领域中发挥更大的作用,如何充分发挥 MXene的潜力,使其商业化应用,需要科研人员和企业等多方共同努力!

   上海铂金周,邀您共话MXenes机遇与挑战!
MXenes的进一步发展仍然面临一些挑战和难点,如存在的固相杂质、稳定性和可扩展性等,以及MXenes如何大规模制备、表面修饰和机械性能等,其商业化道路如何发展,如何充分发挥其优异性能……这些问题仍需要通过不断探索和技术创新来解决。
2024上海铂金周将于7月8日-11日在上海举办在英美资源贸易(中国)有限公司的积极推动下,DT新材料联合中国科学院宁波材料技术与工程研究所协力相助,以“铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展”为主题,举办新材料分论坛,深入探讨二维过渡金属碳化物氮化物的最新研发成果、工艺创新、产业化合作,以及面临的机遇和挑战。
铂族金属邂逅MXenes将会产生什么样的火花?

MXenes

活动主题铂族金属与MXenes结合下的合成与应用拓展

活动时间:2024年7月10日下午14:00-17:00

活动地点:上海市滴水湖洲际酒店 1F“黄日”多功能会议厅(上海市浦东新区南汇新城滴水湖南岛1号)

报名咨询

李蕊

Tel:13373875075(微信同号)

E-mail:luna@polydt.com

参会指南

   新材料分论坛组织机构

主办单位:

中国黄金协会铂钯分会

世界铂金投资协会

英美资源贸易(中国)有限公司

协办单位:

中国科学院宁波材料技术与工程研究所

DT新材料

   分论坛议程

(一)分论坛开幕

14:00-14:05

领导致辞

(二)大会报告环节

14:05-14:25

梁 坤,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

《二维过渡金属碳化物氮化物合成与应用》

14:25-14:45

贺竞辉,苏州大学教授

《PGM@MXene合成与应用》

14:45-15:10

张一鸣,中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员

《基于结构映射策略的铂族金属MAX相探索》

15:10-15:35

李友兵,苏州大学青年教授

《贵金属基MAX相结构设计及其应用探索》

15:35-16:00

杜乘风,西北工业大学教授

《MAX相陶瓷的多元素协同高温抗磨减摩一体化》

(三)圆桌会议

16:00-17:00

主题:二维过渡金属碳化物氮化物新材料与市场展望

主持人:

梁 坤,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

特邀嘉宾:

贺竞辉,苏州大学教授

张一鸣,中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员

李友兵,苏州大学青年教授

杨维清,西南交通大学教授

贝国平,中铭富驰(苏州)纳米高新材料有限公司董事长及CEO

李东旭,吉林省一一科技有限公司总经理

嘉宾信息

梁 坤,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

《二维过渡金属碳化物氮化物合成与应用》

梁坤,博士,国家级青年人才,现任中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员,博士生导师。2015年毕业于电子科技大学,获得材料科学与工程博士学位。2016年1月至2021年7月在University of Central Florida和Tulane University从事博士后研究工作。梁坤研究员的研究方向集中在二维层状材料的结构调控和功能应用,包括二维过渡金属硫族化物和新型过渡金属碳化物、氮化物的制备、结构调控和插层化学,及其在能源存储和催化中的应用。近年来在Science, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.,等材料领域顶级学术期刊发表高水平论文50余篇,引用次数超过3500次,h因子为33。授权美国专利两项。

贺竞辉,苏州大学教授

《PGM@MXene合成与应用》

贺竞辉,苏州大学教授,博导。2001-2008年获南京大学化学化工学院学士、硕士学位;2013年于新加坡国立大学获博士学位。2014年加入苏州大学材化部,2019年获聘教授。主要研究兴趣为功能材料的研发与在环境、催化等领域的应用。提出了离子共轭(ion-in-conjugation)材料概念,以第一或通讯作者身份在Nature communications、Advanced Materials(2)、Angew. Chem. Int. Edt.(2)、InfoMat等期刊等发表SCI论文50余篇,引用次数2700余次,H因子25。授权发明专利中国15项,美国5项。任InfoMat、Chinese Chemical Letters、Decarbon、Coatings期刊青年编委。主持国家自然科学基金2项、江苏省重大项目1项、市2项等,横向项目3项。获2019年国家技术发明奖二等奖(排名4)等。

张一鸣,中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员

《基于结构映射策略的铂族金属MAX相探索》
张一鸣,博士。2006年获英国伦敦大学玛丽皇后学院(Queen Mary, University of London)一等荣誉工程硕士学位,2010年获英国伦敦大学玛丽皇后学院博士学位。主要从事材料信息学、智能优化算法与系统设计方法在新型三元层状材料与极端环境能源材料研发中的应用。目前已在Acta Materialia、Materialia、Philosophical Magazine、Journal of Power Sources等杂志发表论文50余篇,获引1000余次,申请专利6项,软件著作权5项。

李友兵,苏州大学青年教授

《贵金属基MAX相结构设计及其应用探索》

李友兵于2020年在中国科学院大学(培养单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究所,指导教师:黄庆研究员)获工学博士学位。2020年7月加入中国科学院宁波材料技术与工程研究所从事博士后研究工作(合作导师:柴之芳院士),任特聘青年研究员。2023年4月加入苏州大学苏州医学院放射医学与防护学院,任青年特聘教授。主要从事三元层状MAX相及其衍生二维MXene材料的结构设计及其功能应用研究,相关工作与合作者一起发表在Nat. Mater.、PNAS、Matter、Science、Appl. Phys. Rev.、ACS Nano(2)、Adv. Sci.、J. Phys. Chem. Lett.(2)和Small等知名期刊,获引3300余次,单篇最高引用超过1000次(Google Scholar);授权国内国际发明专利18项;主持国家自然科学基金青年基金等项目5项。

杜乘风,西北工业大学教授

《MAX相陶瓷的多元素协同高温抗磨减摩一体化》

杜乘风,2016年博士毕业于中科院福建物质结构研究所,2016-2018年在新加坡南洋理工大学开展博士后研究,2018年全职回国加入西北工业大学材料学院,现为先进润滑与密封材料研究中心特任研究员、博士生导师。主要从事MAX陶瓷及其相关复合材料固体润滑研究工作。主持国家自然科学基金2项、省部级基金4项、获“博新计划”项目资助。近5年以第一/通讯作者身份在Nat. Commun.、J. Eur. Ceram. Soc.、Tribol. Int.等期刊发表SCI论文42篇,Wiley“2021-2022年度高被引论文作者”,2022年度“杰出开放科学作者”,现任《摩擦学学报》期刊青年编委。

杨维清,西南交通大学教授
(圆桌嘉宾)
杨维清,西南交通大学前沿科学研究院院长,材料科学与工程学院教授/博导,主要从事纳米能源材料与功能器件的应用基础研究。近年来,在Nature、Adv. Mater.、ACS Nano、Nano Lett.等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计260余篇,其中影响因子IF>10论文80余篇,ESI高被引论文25篇,引用16000余次,连续多年入选爱思唯尔中国高被引学者。主持国家自然基金、教育部创新团队、JWKJW重点项目、四川省创新团队等多项省部级项目,担任科技部重大研发计划项目会评专家和国家科技奖评审专家。申请专利40余项(已授权24项),已转化20余项专利,直接转让经费3000余万元。

贝国平,中铭富驰(苏州)纳米高新材料有限公司董事长及CEO

(圆桌嘉宾)

贝国平,博士学历,在法国、德国、荷兰等欧洲多个一流大学、研究所学习,工作过,积累了丰富的专业知识和工作经验,研究的课题一直处于世界领先地位。贝国平博士在特种无机材料的研究成果获得了国际同行的广泛关注和高度肯定,已发表了40多篇国际高水平学术论文,担任国际三大陶瓷期刊(美国陶瓷协会,欧洲陶瓷协会,国际陶瓷协会)特邀审稿专家及其他材料方向10多种国际材料期刊的审稿专家和英国剑桥学术出版社陶瓷材料方向顾问。同时,贝国平博士与国际和国内同行保持着良好的合作关系,近年来部分主持和参与8 项项目。2019年入选苏州市相城区阳澄湖领军人才,2020年入选吴江区领军人才,2021年荣获工信部启明计划人才,2022年入选姑苏区紧缺人才,2023年获得国家商业科技进步一等奖。在社会兼职方面:2020年受聘于北京交通大学专业学位研究生企业导师,2021年荣获无机非金属材料领域结构陶瓷标准委员会委员和中国硅酸盐学会特种陶瓷分会青年工作委员会副主任,2023年受聘于南京航天航空行业研究生导师。


李东旭,吉林省一一科技有限公司总经理

(圆桌嘉宾)

2015年开始开发销售MAX相材料,创立长春市你好微纳科技有限公司(11科技前身),2017年成立吉林省一一科技有限公司(主做MAX、MXenes开发和销售),较早将MAX前驱体做到批量稳定化生产,帮助很多的MXenes研究人员缩短刻蚀方法研发过程,并发表第一篇MXenes文章,18年开始赞助参加第一届MXene会议,一直持续到即将召开的第五届会议。

   上海铂金周介绍

“上海铂金周”创立于2021年,其愿景是联合全球铂族金属相关企业,打造最具影响力的全球铂族金属产业年度盛会,与伦敦铂金周、纽约铂金周形成三足鼎立的全球产业格局。我们以中国市场为根基,协助上中下游产业在市场信息、技术、投资及业务上的合作和交流,增强铂族金属市场的可持续发展。

“上海铂金周”是为期不超过七天,围绕铂族金属相关产业举办的一系列活动,包括但不限于会议、研讨沙龙、展会、企业交流会/宴会、产品/报告发布会。上海铂金周以中国铂族金属市场峰会为核心活动。主办方欢迎铂族金属行业企业的自发活动,并愿意为各方活动提供协调、宣传及帮助。

   上海铂金周注册报名(分论坛请联系李蕊报名)

扫描下方二维码进入“上海铂金周”小程序,点击“2024SPW”——“购票”即可报名参会


参考文献


徐斌:《MXene材料:制备、性质与储能应用》
《MXene的制备及应用进展》10.14028/j.cnki.1003-3726.2022.09.003

DT半导体材料 聚焦于半导体材料行业的最新动态
评论
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 127浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 75浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 44浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 68浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 104浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 87浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 116浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 145浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 170浏览
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 80浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦