自2011年被发现以来，基于MXenes的2D过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物因其出色的导电性、重量轻、柔韧性好、透明度高、表面化学可调谐以及易于溶液加工而吸引了全球科学家的目光。

近日，韩国科学技术研究院（KIST）Chong Min Koo从实验和理论两个角度综述了二维MXenes在设计导电材料方面的应用前景，包括电磁干扰屏蔽、柔性光电子学、传感器和加热器等。

文章要点

1）MXenes的电子性质是由其晶体结构、组成和表面官能化来决定。为了理解大多数MXenes (Ti₃C₂T_x，Sc₂CT_x，Ti₃CNT_x)的金属性质背后的原因，研究其结构与性质的关系至关重要。人们已经通过理论模型对其内在机制进行了大量的研究，这些理论模型后来得到了实验结果的证实。此外，精准控制合成过程对于将缺陷风险降至最低具有重要意义，而缺陷可能会对最终的MXenes电学性能产生不利影响。基于以上，作者首先总结了不同MXenes的晶体结构、结构表征和电学性质。

2）MXenes具有从5000到超过15000 S cm⁻¹的出色金属导电性，从而在具有优异导电性的领域得到了广泛应用。作者总结了将MXenes用作高导电性材料的主要应用领域。高导电性的MXenes的电磁屏蔽性能优于现有所有厚度相当的导电材料(厚度可调整至数十纳米)，这使其成为轻质屏蔽材料的理想选择。与其他导电纳米材料相比，高导电性的MXene薄膜具有更大的优值系数，这表明它在光电子器件中有很大的应用潜力。其他特性，如良好的导电性可控性、更大的表面积和合理的层间距，提高了传感设备(应变传感器、电化学传感器和气体传感器)的灵敏度、选择性、速度和稳定性这四个基本效率标准。MXene的灵活性进一步强化了其对可穿戴传感设备的重要性。优异的导电性、透明性、灵活性和溶液加工性也为可穿戴式热水器领域的材料设计提供了大量机会。

3）作者最后指出了MXenes研究目前面临的挑战以及未来研究方向。包括，MXenes的氧化稳定性是实际应用中需要克服的主要挑战。而表面功能化的MXenes的有机分散体确保了氧化的长期稳定性。因此必须开发高度稳定的抗氧化MXene有机分散体(或油墨)，不仅是为了提高其氧化稳定性，也是为了规模化生产电子器件。

Faisal Shahzad, et al, 2D Transition Metal Carbides (MXenes): Applications as an Electrically Conducting Material, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202002159

https://doi.org/10.1002/adma.202002159