1．MAX和MXene：元素周期表的另一种诠释
MAX相的晶体结构由Mn+1Xn结构单元与A元素单原子面交替堆垛排列而成, 兼具金属和陶瓷的诸多优点, MAX相的A层原子被刻蚀之后获得成分为Mn+1XnTx(Tx为表面基团)的二维纳米材料, 即MXene。目前，该类材料的诸多特性有何机制尚缺少全新诠释。中国科学院宁波材料技术与工程研究所黄庆研究员介绍了近年来国内外MAX相和MXene材料领域在成分与结构、合成方法、性能与应用研究等方面的研究动态, 据此展望未来几年该类新颖材料的发展方向。
2. MXene柔性材料：做成燕尾服还是运动衣？
随着可穿戴柔性电子技术的发展, 高灵敏度和宽感应范围的柔性力敏传感器的需求量逐渐增大, MXene材料因其导电性好、柔韧性高、亲水性好以及合成可控等优点成为一种极具潜力的导电敏感材料。但此类材料真的能做成可传感的燕尾服或是运动装吗？中国科学院上海硅酸盐研究所孙静研究员就MXene基柔性力敏传感器的类型、敏感材料的微结构设计方式、传感性能及传感机理等方面的研究进展进行了阐述和总结。
3. 传统相图：这个点热平衡了吗？
传统MAX相中的A位可能被更多的过渡族金属元素替代, 形成新型的MAX相, 而不同A位元素的MAX相性能差异很大, 但其热力学稳定性如何亟待揭示。中科院宁波材料所常可可研究员探究了新型MAX相在不同温度下的热力学稳定性。使用相图计算(CALPHAD)方法建立起研究体系的热力学数据库, 耦合第一性原理得到的新型MAX相生成焓数据, 最终得到包含新型MAX相的三元相图。他们为确定新型MAX相的热力学稳定性提供了系统的研究方法, 可应用于指导合成更多未知的MAX相材料。
4. MAB相超高温陶瓷：真能确保穿过大气层的炙烤？
Cr4AlB4是一种近期发现的三元层状硼化物MAB相陶瓷。该材料可形成具有保护性的氧化膜, 在高温结构材料领域有巨大应用潜力，但其物相稳定性和力学行为的机制如何尚待证明。哈尔滨工业大学柏跃磊教授基于第一性原理的“线性优化法”和“键刚度”理论模型分别研究了Cr4AlB4的物相稳定性和力学行为。他们发现，声子谱中没有虚频出现, 表明Cr4AlB4具有本征稳定性。而与其它Cr-Al-B系内的竞争相相比, Cr4AlB4具有最低的能量, 表明其在热力学上也是稳定的。Cr4AlB4具有类似于MAX相的高损伤容限和断裂韧性。
5. 电磁屏蔽薄膜：和雷达探测玩个躲猫猫？
高强电磁屏蔽薄膜材料在柔性器件、汽车电子和航空航天等领域具有广泛应用前景, 但要实现战机和战舰能与敌方躲猫猫还需更多突破。受珍珠母微纳米结构及其优异机械性能的启发, 北京化工大学张好斌教授利用简单的溶液共混及真空抽滤方法, 将纤维素纳米晶(CNC)和MXene混合, 经层层组装制备了高性能MXene基复合薄膜。薄膜的机械性能有了显著提高, 同时保留了复合薄膜的高电导率(104 S/m)和优异的电磁屏蔽性能, 厚度8 μm时可达40 dB以上。
6. Ge/MXene复合材料：储能电池一步搞定
锂离子电池目前主导着电子器件的供能市场, 并且迅速向电网、汽车等领域渗透, 但开发大容量、高倍率、长寿命、低成本的电极材料仍在路上。中科院重庆绿色智能技术研究院康帅课题组制备了Ge/MXene复合材料, 在MXene表面均匀负载了锗金属纳米颗粒，并制备成电极、组装成纽扣电池，作了充放电性能测试, 对电池的比容量、倍率、循环稳定性能进行了系统分析。他们首次将Ge金属与MXene二维材料复合, 并用于储能电池的研究, 对金属/MXene复合材料制备和在锂离子电池中的应用有重要参考价值。
7. 插层策略：MXene储钠调控新妙招
钠离子电池（SIB）因钠资源丰富、成本低廉，正迅速发展成锂离子电池的替代品。但因钠离子半径比锂离子的大（0.102 nm对0.076 nm），导致电极材料在充放电过程中发生塌陷，致使SIB缺少合适的阳极材料。中国科技大宋礼教授提出一种Mn2+插层策略用于优化V2C MXene的储钠性能。Mn2+的插层不仅扩大了V2C MXene的层间距，同时形成了V-O-Mn 共价键,有利于稳定V2C的结构, 抑制Na+脱嵌过程中由于体积变化引起的结构坍塌，潜在应用前景广阔。
8. 晶格混合：电化学活性大增
直接甲醇燃料电池因操作方便、转化效率高、操作温度低、污染少以及液体燃料易存储易运输等优势具有良好的应用前景, 但现有阳极催化剂存在催化活性低、抗CO中毒性差等缺点, 制约了其商业化应用前景。河海大学张建峰教授采用三步法制备了一系列不同Pt、Ru配比的PtRu/(Ti3C2Tx)0.5-(MWCNTs)0.5阳极催化剂材料, Ru原子与Pt原子晶格混合, 形成了粒径约3.6 nm的铂钌双金属合金。他们的催化剂具有最佳的电化学性能, 其电化学活性面积达139.5 m2/g, 正向峰电流密度达36.4 mA/cm2。
9. 二维MXene酶传感器：食品安全检测大展神通
过氧化氢在制药、医疗、纺织、造纸和食品加工等许多领域被广泛用作抗菌剂、氧化剂、还原剂和漂白剂，但其容易形成残留，且检测不便。宁波大学张绫芷教授合成了具有垂直栅栏结构的二维MXene材料, 与辣根过氧化物酶连接构筑了过氧化氢电化学酶传感器。该纳米栅栏比表面积大，电子传导特性优良，水中分散特性好；固定在电极上的辣根过氧化物酶分子表现出了优良的过氧化氢催化效果, 现已成功应用于食品中过氧化氢残留的检测。
10. A位置换反应：原子间的物竞天择
目前已经合成出的MAX相材料已有70余种, 但A位元素一直局限在ⅢA和ⅣA主族元素, 如Al、Si、Ga等, 而以副族元素占据A位的MAX相鲜有报道。中科院宁波材料所黄庆研究员提出了一种元素置换策略，即在保持MAX相六方层状晶体结构的基础上, 利用Al、Zn在高温下形成共晶产物实现Zn原子向A层内的迁移, 而熔盐介质的存在促进了反应动力学。本方法巧妙地避免了MAX相传统合成过程中竞争相的形成，因此可以用于探索更多未知的MAX相材料。
