综述：MXenes材料的前景与挑战综述

（编辑推荐）本综述系统梳理了二维过渡金属碳/氮化物（MXenes）的合成策略（如自上而下/自下而上法）、表征技术（X射线光电子能谱/XPS、拉曼光谱）及其在能源存储（超级电容器、锂离子电池）、生物医学、电磁屏蔽等领域的应用潜力，同时指出环境稳定性、大规模制备等挑战，为MXenes的工业化应用提供前瞻性视角。

　　

Abstract

MXenes作为新兴的二维过渡金属碳化物/氮化物家族，凭借高导电性、可调表面化学特性及机械强度，成为能源存储与生物医学领域的革命性材料。本文详述其从MAX相前体（M_n+1AX_n）通过选择性刻蚀（如HF/HCl）的合成路径，以及XPS、AFM等表征手段揭示的表面终端（-O、-F）调控机制。

Introduction

自石墨烯以来，二维材料“平原地带”持续扩展，MXenes（如Ti₃C₂T_x）因其独特的电磁特性在透明导电薄膜、传感器等领域崭露头角。然而，规模化生产中的环境毒性（如含氟刻蚀剂）和氧化不稳定性仍是商业化瓶颈。

Synthesis of MXenes

通过拓扑化学转化法或气相沉积，从MAX相剥离A层原子（如Al）获得单层MXenes。关键挑战在于开发绿色刻蚀剂（如有机碱替代HF）以提升产率，同时保持材料结晶度。

Characterization Techniques

拉曼光谱可追踪表面官能团变化，而XPS证实Ti₃C₂T_x中Ti²⁺/Ti³⁺氧化态比例，直接影响电化学性能。原子力显微镜（AFM）则用于厚度标定（典型值≈1.2 nm）。

Applications

• 能源存储：MXenes在超级电容器中展现>1500 F/cm³体积比电容，归因于快速离子插层动力学。

• 生物医学：表面羟基化后的Ti₃C₂T_x表现出低细胞毒性，适用于药物递送载体。

• 环境修复：磺化MXenes对重金属（Pb²⁺）吸附容量达450 mg/g。

Challenges

• 稳定性：H₂O/O₂环境下易形成TiO₂钝化层，需通过碳包覆或共价修饰提升抗氧化性。

• 生物相容性：残余氟化物可能诱发炎症反应，需严格纯化流程。

Future Perspectives

开发室温液相合成、探索MXene/聚合物复合材料（如PVDF复合膜）的柔性器件应用，以及建立标准化毒性评估体系，将是下一阶段研究重点。