بروغ. الأم. SCI. (إذا: 48.165) | 2d mxene والكربون

أهمية الكربون ، أحد أهم عناصر الحياة ، بديهية. منذ عصر العصر الحجري القديم ، حاول البشر استخدام الكربون لتلبية احتياجاتنا الأساسية. اليوم ، قام العلماء بنجاح بتطوير مواد الكربون الكاملة الأبعاد ، من نقاط كمية الكربون 0D ، أنابيب نانو أو أشرطة كربونية 1D ، تم استخدامها على نطاق واسع في العديد من الحقول. لذلك ، تلعب مواد الكربون أيضًا دورًا مهمًا للغاية في العالم الذي نعيش فيه ، وخدمة حياتنا. إن ميزة التكلفة التي لا مثيل لها تجعلها رائدة وقادة في العديد من مجالات التطبيق ، ويمكن حتى دمجها مع مواد أخرى للحصول على أداء أفضل في بعض المجالات المحددة.

منذ اكتشاف الجرافين ثنائي الأبعاد ، تمت دراسة العديد من المواد ثنائية الأبعاد على نطاق واسع ، مثل أكاسيد المعادن الانتقالية ، والكولكينيدات المعدنية الانتقالية ، بما في ذلك السلفات والسيلينيدات ، والكربيدات المعدنية الانتقالية/النيتريد ، ونيتريد البورون السداسي ، والطبقات LDH ، و MOF 2D ، والفوسفين ، بينانين ، وما إلى ذلك ، على الرغم من أن هذه المواد ثنائية الأبعاد لها بنية ثنائية الأبعاد شائعة ككل ، إلا أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحددة تختلف باختلاف التكوين الكيميائي ، مما يمنح الأسرة ثنائية الأبعاد مجموعة واسعة من التطبيقات. من بينها ، يعد كربيد المعادن الانتقالية الطبقات هو أهم نجوم في العقد الماضي ، وهو ما يسمى mxene ، بسبب خصائصه الشبيهة بالذهب من الموصلية الكهربائية ، والمجموعات الوظيفية الغنية بالسطح ، مثل -f ، -oh و = o ، المائية الممتازة والكهربية السطحية وغيرها من الخصائص الممتازة الشاملة. نظرًا لأنه تم تصنيعه لأول مرة في عام 2011 ، فقد أصبح موضوعًا بحثًا ساخنًا للباحثين في جميع أنحاء العالم ، لأننا نعلم أن معظم المواد ثنائية الأبعاد تظهر عزلًا أو أشباه الموصلات أو خصائص شبه معدنية ، وبالتالي فإن اكتشاف mxene هو فجر المادة 2D نظام. ليس ذلك فحسب ، مقارنة بالمكونات المحدودة ثنائية الأبعاد الأخرى ، لدى Mxene تنوعًا غنيًا للغاية يعتمد على طبقات ذرية مختلفة ، وذلك بفضل الترتيب الذري المعدني في الطائرة أو خارج الطائرة ، من M2x ، إلى M3x2 ، إلى M4x3 ، و M4x3 ، و في الآونة الأخيرة M5x4 ، الذي يجلب أكثر من 100 مكون ممكن إلى نظام مواد mxene. هذا لا مثيل له من قبل أي مادة أخرى حتى الآن. الأهم من ذلك ، وفقًا لظروف الحفر المختلفة وطرق الطور الأقصى للسلائف ، يمكن تنظيم عدد كبير من المجموعات الوظيفية على سطح MXEN . يمكن التغلب على قوة Van der Waals بين طبقات MXENE عن طريق المساعدة الميدانية بالموجات فوق الصوتية البسيطة ، إلى جانب التنافر الكهروستاتيكي الناتج عن الكهربية بين طبقات MXEN -يمكن الحصول على المرونة والتوصيل العالي للغاية عن طريق الاستخراج والترشيح البسيط. بسبب هذه الطبيعة الشاملة الممتازة ، تعد MXENE ثنائية الأبعاد عبارة عن مادة بناء متعددة الاستخدامات تتراوح تطبيقاتها منذ اكتشافها من تخزين الطاقة الأولي إلى الحفز ، والاستشعار ، والخلايا الشمسية ، والدرع الكهرومغناطيسي الناشئ ، ومعالجة الماء والطيد الحيوي.

هناك جانبان لكل شيء ، على الرغم من أن مواد mxene لها العديد من المزايا مثل ما سبق ، ولكن عيوبها في مجالات تطبيق محددة يجب أن نواجهها. بالنسبة لتطبيقات تخزين الطاقة ، يمكن أن تخزن الموصلية الكهربائية العالية والقوة الكيميائية من MXENE كمية كبيرة من الشحن من خلال سلوك التغلبات الكاذبة. ومع ذلك ، فإن الأداء الكهروكيميائي الفعلي لمواد القطب القائم على MXENE يعتمد بشكل صارم على خصائص السطح التي تسيطر عليها ظروف التوليف ، وغالبًا ما يواجه ظواهر خطيرة في وضع الذات أثناء دورات الشحن والتفريغ على المدى الطويل. إنه يعيق إلى حد كبير سلوك انتشار الأيونات. وعادة ما يكون فترة الوزن الجزيئي الأعلى مستويات نظرية غير مرضية. من الصعب وصف MXENE في مرحلته النقية أيضًا بأنه ذو أداء كاف للتطبيقات الحفزية. بالنسبة للتطبيقات الأخرى ، كان وضع مماثل لغزًا رئيسيًا للباحثين. هنا ، المركب ، هي الطريقة الأكثر فعالية ، لأنه يمكن أن يجمع بين مزايا المكونات المختلفة ، فإن الجمع بين الاثنين له "تفاعل كيميائي" محتمل ، قد يجلب آثارًا تآزرية لمواد mxen ساعد في أداء المواد المستندة إلى MXENE إلى مستوى جديد.

هنا ، نلخص بشكل منهجي التكامل الهيكلي لـ "1 + 1> 2" ، أي "XD Carbon + 2d Mxene = ∞". وفقًا لأبعاد مختلفة لمصفوفة الكربون ، من البعد المنخفض إلى البعد العالي ، فإن النقاط الكمومية 0D إلى الهيكل العظمي للكربون ثلاثي الأبعاد ، وتكامل بنية مركب MXEN والمقارنة. ثانياً ، تمت مقارنة علاقات النشاط الهيكل من الهياكل غير المتجانسة XD / 2D-Carbon / MXENE وفقًا لمنطق الأداء ببنية التوليف. استنادًا إلى الجدول الزمني لمصفوفة الكربون متعددة الأبعاد ومجمع MXENE ، من إعادة تركيب 1D CNTs الأولية ، وتجميع الجرافين ثنائي الأبعاد ، إلى تحميل الكربون ثلاثي الأبعاد ، ومؤخراً ، ترسيخ النقاط الكمومية للكربون 0D ، يمكن للعلماء بوضوح فهم سياق الاستكشاف. من عدد المقالات المنشورة ، ليس من الصعب أن نرى أن عدد الأوراق البحثية المتعلقة بمواد المكسيني يزداد عاماً بعد عام ، من بينها ، تزداد نسبة الأبحاث حول مركبات الكربون المستندة إلى MXENE أيضًا إلى أعلى وأعلى ، وأعلى ، و الأهم من ذلك ، أنها أكثر وفرة من حيث الأنواع ، والتي ترضي التقدم البحثي في ​​MXENE. في النهاية ، تم تلخيص التقدم البحثي في ​​مركبات الكربون القائمة على MXENE وتوتر اتجاه البحث المستقبلي.