由于认识到二维(2D)材料的合成并不一定需要van der Waals键合的层状前驱体这一事实，人们发现了许多新材料，MXenes-过渡金属的二维碳化物和氮化物，这些材料是通过选择性刻蚀强键合层状固体产生的。Ti₃C₂于2011年首次报道，为从其MAX相前驱体合成Ti₂C、Ta₄C₃和其他MXenes奠定了基础，显示了三种可能的结构(M₂X、M₃X₂和M₄X₃)。后来又生产了M₅C₄，进一步增加了结构多样性。近十年来，二维(2D)碳化物和氮化物家族(MXenes)包括了有序或固溶体形式的三、五、七或九层原子结构。MXenes显示了有用的和可调谐的电子、光学、机械和电化学性能，导致应用范围从光电子、电磁干扰屏蔽扩展到能源存储、催化、传感和医药。

有鉴于此，美国德雷克塞尔大学,拥有“Mxene之父”之称的Yury Gogotsi教授等人，对MXenes的研究进行了展望。讨论了需要解决的挑战，并概述了研究方向，这些方向将加深对MXenes性质的基本理解。

本文要点

1）MXenes 为二维材料家族添加了大量构建单元，主要是金属导体，其中大部分是电介质、半导体或半金属。通过使用 MXenes 的可调特性，人们可以使用增材制造或其他涂层和加工技术，从 2D 纳米片构建从晶体管到超级电容器、电池、天线和传感器的设备。 MXenes已经表现出多种电子、光学、化学和机械性能，并且MXetronics(全MXene光电子学)的概念已经被提出。

2）MXenes具有电化学和化学可调的等离子体特性，带间跃迁和等离子体共振峰覆盖了整个紫外、可见光和近红外范围，这使得它们的电致变色和光热治疗应用成为可能。它们与从太赫兹到千兆赫兹频率的电磁波的强相互作用用于电磁干扰屏蔽和通信。MXene表面过渡金属原子的氧化还原活性使电池和超级电容器中的电化学能量储存以及电催化成为可能。控制二维板之间的间距用于气体分离、水净化和透析。MXenes 的表面电荷允许在没有表面活性剂或粘合剂的情况下进行水性处理以及形成液晶。有机分子、聚合物和离子可以插入MXene层之间，从而实现性能调整和多层组装。

3）虽然碳化物MXenes的制备取得了进展，但氮化物的合成却落后了。大规模、环保的合成方法是 MXenes 在未来增材制造技术中广泛使用的关键。对结构和表面化学的精确控制，包括缺陷和应变工程，应该为理论上预测本征半导体、拓扑绝缘和铁磁 MXene 以及 MXene 物理和化学中的其他发现铺平道路。机械强度高、环境稳定且导电性高的 MXene 可能对柔性、可印刷和可穿戴的自供电电子产品产生重大影响。

参考文献：

ProfileArmin VahidMohammadi et al. The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes). Science, 2021.

DOI: 10.1126/science.abf1581

http://doi.org/10.1126/science.abf1581