综述:层状双氢氧化物@MXene复合材料的最新进展:合成、性能及催化应用

【字体: 时间:2025年05月26日 来源:Applied Clay Science 5.3

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  本文全面综述了LDHs@MXene复合材料的合成方法(共沉淀法、水热合成等)、结构特性及其在超级电容器、水分解和光催化降解污染物中的应用。通过MXene的高导电性与LDHs的层状结构协同作用,显著提升了材料性能,同时指出氧化稳定性控制与规模化制备仍是未来挑战。

  

近年来,层状双氢氧化物(LDHs)与MXene的复合研究成为能源与环境领域的热点。LDHs作为二维阴离子层状材料,凭借其高比表面积、可调控金属阳离子及层间阴离子特性,在催化和吸附领域表现优异。MXene作为新型二维过渡金属碳化物/氮化物,凭借高导电性、亲水性和氧化还原活性,为复合材料提供优异的电子传输通道。两者结合形成的LDHs@MXene复合材料在超级电容器中实现高能量密度与循环稳定性,在光催化领域通过扩展光吸收范围及加速电荷分离提升污染物降解效率。

合成方法上,共沉淀法和水热合成因其操作简便被广泛应用,而自组装技术可精准调控界面结构。MXene的表面官能团(如-OH、-F)与LDHs的层间阴离子形成强相互作用,提升界面稳定性。例如,LDHs的金属阳离子(如Ni2+、Co3+)可被MXene表面基团修饰,形成具有更高电化学活性的复合结构。

在超级电容器应用中,LDHs的高比电容与MXene的导电网络协同作用,使器件具备快速充放电能力。水分解反应中,LDHs的金属-氧-金属桥接结构有效抑制光生电子-空穴复合,而MXene的二维导电性加速载流子迁移。光催化降解污染物时,复合材料通过扩大可见光吸收范围及增强活性位点暴露,显著提升有机染料分解效率。

然而,当前研究仍面临挑战:MXene易氧化问题需通过表面钝化解决;LDHs层状结构的堆叠倾向限制离子扩散。未来研究应聚焦于开发抗氧化策略及构建三维多孔结构以提升性能。该综述为LDHs@MXene复合材料的设计与应用提供了系统性指导,推动其在清洁能源与环境保护领域的进一步发展。

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