二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物，即Mxenes，它們包含奇數(shù)層，其中金屬 (M) 夾著碳或氮 (X) 層。這是一種近年來被發(fā)現(xiàn)的新型二維結(jié)構(gòu)材料，由于具有石墨烯高比表面積、高電導(dǎo)率的特點，又具備組分靈活可調(diào)，最小納米層厚可控等優(yōu)勢，已在儲能、吸附、傳感器、導(dǎo)電填充劑等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。

自2011年，美國德雷塞爾大學(xué)（Drexel University）的Yury Gogotsi教授和Michel W. Barsoum教授等人合作發(fā)現(xiàn)Mxenes以來，已過去10年。6月11日的Science發(fā)表了德雷塞爾大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)對Mxenes材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用研究的最新成果。論文以“The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes)”為題發(fā)表，地址：DOI: 10.1126/science.abf1581。

大量Mxene具有三、五、七、九個原子層結(jié)構(gòu)，并包含一種或兩種金屬原子。

Ti₃C₂在2011年首次被發(fā)現(xiàn)報道后，以其為MAX 相前體合成 Ti₂C、Ta₄C₃和其他 MXene奠定了基礎(chǔ)，展示了三種可能的結(jié)構(gòu)（M2X、M3X2 和 M4X3）。后來生產(chǎn)了 M₅C₄，進(jìn)一步增加了結(jié)構(gòu)多樣性，包括那些具有平面內(nèi)和平面外排列的金屬原子，使理論上可能的成分?jǐn)?shù)量增加到100多種，再考慮到各種表面終止的不同結(jié)構(gòu)，種類以指數(shù)級增加，正因此，研究為人力所不及，這就開啟了計算驅(qū)動的 2D 材料原子設(shè)計的新時代。這其中，無毒環(huán)保的鈦基Mxene材料，它們以及由聚合物、陶瓷、金屬混合物的復(fù)合材料，尤其引人矚目。

Mxene已被廣泛應(yīng)用于、能量存儲和收集、催化、水凈化和海水淡化、電磁干擾屏蔽、通信、光學(xué)、電子、等離子體、傳感器、執(zhí)行器、復(fù)合材料和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。這篇論文對 MXenes 領(lǐng)域進(jìn)行了前瞻性的回顧，討論了要解決的挑戰(zhàn)并概述了研究方向，這些方向?qū)⒓由顚?MXenes 特性的基本理解，并使它們與各種新興技術(shù)中的其他二維材料混合。

編譯 YUXI