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本综述聚焦二维材料 MXenes（过渡金属碳化物、碳氮化物和氮化物），系统阐述其合成方法、性能及在储能（电池、超级电容器）、CO2还原、电催化、光催化、水分解等领域的应用，分析优势、挑战与解决方案，凸显其在绿色能源技术中的潜力。
MXenes 作为由过渡金属碳化物、碳氮化物和氮化物组成的二维材料，自 2011 年被发现以来，因其独特性质在多个领域展现出巨大潜力。
合成方法
MXenes 的合成对其性能调控至关重要，可通过多种方法和技术制备 MXenes 及其复合材料，不同合成方法各具优势，能精准调控材料特性以满足特定应用需求。
性能特点
MXenes 具有诸多优异性能：
- 电学性能：具备金属导电性，常超越其他二维材料，利于能量存储设备中高效电荷转移。
- 结构特性：层状结构，每层厚度约 1nm，层间距可调，拥有大表面积和丰富活性位点，利于吸附和电荷存储传输。
- 表面性质：表面亲水，且可通过 - OH、-O、-F 等基团功能化，赋予其多样表面化学特性。
- 力学性能：机械强度高，受晶体取向、材料质量和层尺寸等因素影响。
应用领域
能源存储
MXenes 在提升电池和超级电容器性能方面潜力显著，其能容纳多种阳离子且结构灵活，可作为功能材料和导电添加剂用于储能系统，在锂离子、锌离子等电池及超级电容器中促进快速离子传输和高电荷容量。
催化领域
- 电催化与光催化：凭借大表面积和电荷转移能力，MXenes 在 CO2还原、水分解（析氢反应 HER、析氧反应 OER）等过程中作为高效催化剂，助力可再生能源发展。
- 与传统二维材料相比：在 CO2还原和水分解中表现出更优催化活性。
其他应用
MXenes 的高导电性和表面特性使其在传感器领域具有应用前景，可用于检测多种化学和生物物种，在环境监测和生物分析等健康医学相关领域有潜在价值。
结论与展望
MXenes 集电子、电学、热学和磁学性质于一体，在能源存储、催化、传感等技术领域至关重要。尽管已取得显著进展，但仍存在诸多挑战，如进一步优化合成工艺、提升催化活性和存储容量等。未来研究需聚焦这些挑战，探索解决方案，以充分发挥 MXenes 在可持续能源存储、环境治理和可再生能源转化等全球关键问题中的潜力，为生命科学和健康医学领域相关技术发展提供新材料思路。
