MXene是一種新型二維過渡金屬碳化物和氮化物，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)。MXene是由美國德雷克塞爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)于2011年首次合成的，由過渡金屬和碳或氮組成，表面通常含有氧、氟或羥基等端基。由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性，MXene在能量存儲、電子器件、傳感器等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。
   與傳統(tǒng)二維材料相比，MXene在超級電容器、鋰離子電池、燃料電池等領(lǐng)域表現(xiàn)更加出色，MXene的優(yōu)點(diǎn)包括高導(dǎo)電性、良好的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異的電化學(xué)性能和豐富的表面化學(xué)性質(zhì)。此外，MXene的層間距離可通過化學(xué)修飾和離子插層來調(diào)控，從而優(yōu)化其電化學(xué)性能。
   MXene的工作原理主要涉及其獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)和豐富的表面化學(xué)功能，其高導(dǎo)電性源于過渡金屬層的良好電導(dǎo)率，而表面端基則提供了豐富的化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)和良好的親水性，使MXene在電化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
   全球范圍內(nèi)，美國、中國、日本、韓國等國家在MXene領(lǐng)域的專利布局較為活躍，特別是美國德雷塞爾大學(xué)和中國的研究機(jī)構(gòu)在MXene技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用上成果顯著，擁有大量的核心專利。自首次被發(fā)現(xiàn)以來，全球范圍內(nèi)MXene相關(guān)的科研論文已經(jīng)發(fā)表了超過3000篇，涉及材料科學(xué)、化學(xué)、物理和工程等多個學(xué)科領(lǐng)域。
    2023年全球MXene材料市場規(guī)模超過0.32億美元，在能量存儲、電子器件、傳感器等領(lǐng)域，MXene展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在能量存儲方面，MXene被廣泛用于超級電容器和鋰離子電池，能夠顯著提高充放電速率和能量密度；在電子器件領(lǐng)域，MXene的高導(dǎo)電性使其成為柔性電子和透明導(dǎo)電薄膜的理想材料； MXene在傳感器中因其高靈敏度和快速響應(yīng)性，應(yīng)用于氣體傳感、生物傳感等方面。此外，獨(dú)特的性能還使得MXene應(yīng)用在導(dǎo)電油墨、復(fù)合材料、環(huán)境治理等新興領(lǐng)域。
   研究人員正致力于開發(fā)新型MXene材料和制備方法，以提高其電化學(xué)性能和應(yīng)用范圍。例如，通過元素?fù)诫s和表面修飾來優(yōu)化MXene的電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，MXene與其他二維材料的復(fù)合材料也正在研究中，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和更多的應(yīng)用。MXene作為一種新興的二維納米材料，具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景。