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IF=28.905，劉安敏/任雪峰/馬廷麗EER評(píng)述：用于金屬硫和空氣電池的MXene材料最新進(jìn)展

MXenes（M_n+1X_nT_x, n?= 1 ~ 3）構(gòu)成了一個(gè)令人印象深刻的二維過(guò)渡金屬碳化物/碳氮化物家族，基于其理想的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和電池化學(xué)耐久性，表現(xiàn)出巨大的儲(chǔ)能潛力。因此，對(duì)MXenes及其復(fù)合材料的現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析，對(duì)其在儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用具有重要意義。

為此，大連理工大學(xué)劉安敏副教授、任雪峰及中國(guó)計(jì)量大學(xué)馬廷麗教授等人全面系統(tǒng)地總結(jié)了MXenes及其復(fù)合材料在金屬硫電池（特別是鋰硫、鈉硫電池）和金屬空氣電池（特別是鋰空氣、鋅空氣電池）方面的最新進(jìn)展。對(duì)于金屬硫電池，MXene納米片上的表面官能團(tuán)可以有效固定多硫化物，抑制充放電過(guò)程中的穿梭效應(yīng)，顯著提高循環(huán)性能和能量密度。

對(duì)于金屬空氣電池，MXene是一種具有超低功函數(shù)和帶負(fù)電表面的材料，可以改變催化劑活性中心的親電性，從而調(diào)節(jié)多組分催化劑體系的催化性能，具有ORR和OER的雙重功能。此外，它還可以用作穩(wěn)定耐用的空氣電池正極的關(guān)鍵催化劑材料。

圖1. MXene的元素組成及三種典型結(jié)構(gòu)

盡管近年來(lái)MXenes相關(guān)研究取得了很大進(jìn)展，但仍有一系列重要挑戰(zhàn)亟待解決：

（1）需要進(jìn)一步努力探索更簡(jiǎn)單的合成方法，以有效地實(shí)現(xiàn)均勻可控的官能團(tuán)；

（2）MXene的抗氧性較差，通常在空氣和水中會(huì)快速氧化，需要更有效的方法來(lái)減少其氧化；

（3）在電極設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)工程因素；

（4）目前的研究幾乎不涉及有機(jī)物，將TM氮化物與有機(jī)物復(fù)合可能會(huì)激發(fā)新的想法；

（5）開(kāi)發(fā)除Ti₃C₂T_x以外的MXene家族成員；

（6）采用原位表征研究不同循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變和電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。

該綜述可為基于MXene的電極材料在可再生電化學(xué)儲(chǔ)能中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供一些指導(dǎo)。

圖2. Mxene在鋅空氣電池中的應(yīng)用

Recent Progress in MXene-Based Materials for Metal-Sulfur and Metal-Air Batteries: Potential High-Performance Electrodes, Electrochemical Energy Reviews 2021. DOI: 10.1007/s41918-021-00110-w

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