综述：MXene基电催化剂在锂硫、钠硫、镁硫和铝硫电池中的应用

这篇综述系统阐述了MXene基材料作为高效电催化剂在金属硫电池（Li-S/Na-S/Mg-S/Al-S）中的研究进展，重点解析了其通过表面终止基团调控（-O/-F/-OH）实现多硫化物（Li2 Sx ）的化学吸附-催化协同机制，揭示了二维层状结构、金属导电性和活性位点暴露对提升硫转化动力学（SRR）和抑制穿梭效应的关键作用，为下一代高能量密度储能系统开发提供理论指导。

　　

引言

全球能源需求激增推动可持续储能技术发展，金属硫电池凭借硫正极1675 mAh g^?1
的超高理论比容量和地壳丰度成为焦点。然而，硫的本征绝缘性（<10^?30
S cm^?1
）、多硫化物穿梭效应和金属负极枝晶生长严重制约其商业化进程。MXene作为新兴二维过渡金属碳/氮化物（Ti₃
C₂
T_x
），凭借独特的表面可调终止基团（T_x
=-O/-F/-OH）和金属导电性，在吸附-催化多硫化物转化中展现出不可替代的优势。

金属硫电池电化学机制

以Li-S电池为例，其放电过程涉及S₈
→Li₂
S_x
（4≤x≤8）→Li₂
S₂
/Li₂
S的固-液-固相变，而Na-S/Mg-S/Al-S电池遵循类似的多电子转移路径。MXene表面暴露的Ti活性位点通过路易斯酸碱作用强化Li₂
S₆
吸附，同时降低硫还原反应（SRR）能垒，加速Li⁺
扩散动力学。

MXene结构特性

MXene通式为M_n+1
X_n
T_x
（M=Ti/Nb/V等，X=C/N），其刻蚀MAX相获得的层状结构具有0.5-1.8 eV可调带隙。表面-OH基团通过氢键锚定多硫化物，而导电网络将电极电阻从10⁶
Ω降至10²
Ω量级。

锂硫电池应用

Ti₃
C₂
T_x
/CNT复合物通过物理限域和化学吸附协同抑制穿梭效应，使Li-S电池在2C倍率下保持80%容量保持率。氮掺杂MXene（N-Ti₃
C₂
）进一步通过Ti-N键增强Li₂
S₄
结合能，促进Li₂
S成核动力学。

结论与展望

当前MXene基催化剂仍面临层间堆叠和活性位点钝化挑战。未来需通过单原子催化剂（SACs）锚定和高熵MXene设计实现多活性中心级联催化，同时结合原位表征技术揭示原子尺度催化机制。该领域突破将推动金属硫电池在电动汽车和智能电网中的实际应用。