Применение двумерных MXene в системах преобразования и накопления энергии

Переходные металлические карбиды и нитриды (MXene), семейство двумерных (2D) неорганических соединений, представляют собой материалы, состоящие из нескольких атомных слоев переходных металлических карбидов, нитридов или карбонитридов. Ti3C2, первый 2D-слоистый MXene, был выделен в 2011 году. Этот материал, слоистый массивный материал, аналогичный графиту, получен из своей 3D-фазы Ti3AlC2 (MAX). С тех пор материалографы определили или предсказали устойчивые фазы более чем 200 различных MXene на основе комбинаций различных переходных металлов, таких как Ti, Mo, V, Cr, и их сплавов с C и N. Широкие экспериментальные и теоретические исследования продемонстрировали их многообещающий потенциал для преобразования энергии и электрохимического накопления. В настоящем обзоре мы всесторонне суммируем современные достижения в исследовании MXene. Мы начинаем с обзора типов структур, морфологий и методов синтеза. Далее обсуждаются механические, электрические, оптические и электрохимические свойства MXene. В центре внимания — их потенциал в накоплении и преобразовании энергии. Приложения в накоплении энергии включают электроды для перезаряжаемых литий- и натрий-ионных батарей, литий‑серных батарей и суперконденсаторов. В области преобразования энергии представлены фотокаталитическое получение топлива, такое как эволюция водорода при дроблении воды, и восстановление углекислого газа. Также рассматривается потенциал MXene для фотокаталитического разрушения органических загрязнителей в воде, таких как красочные сточные воды, а также их перспективы в качестве катализаторов синтеза аммиака из азота. В завершение суммируется их прикладной потенциал.