פרוג. מטר. מדע. (אם: 48.165) | 2d mxene ופחמן

חשיבותו של פחמן, אחד המרכיבים החשובים ביותר בחיים, מובנת מאליה. מאז התקופה הפליאוליתית, בני האדם ניסו להשתמש בפחמן כדי לענות על הצרכים הבסיסיים ביותר שלנו. כיום, מדענים פיתחו בהצלחה חומרי פחמן מלאים ממדיים, החל מנקודות קוונטיות של 0D פחמן, צינורות או להקות פחמן 1D, גרפן 2D וקצף פחמן תלת-ממדי, וכן הלאה, היו בשימוש נרחב בתחומים רבים. לכן, חומרי פחמן ממלאים גם תפקיד חשוב ביותר בעולם בו אנו חיים, ומשרתים את חיינו. יתרון העלות שאין שני לו הופך אותו לחלוץ ומוביל בתחומי יישום רבים, ואפשר אפילו לשלב אותו עם חומרים אחרים כדי לקבל ביצועים טובים יותר בתחומים ספציפיים.

מאז גילוי גרפן דו -ממדי, נבדקו באופן נרחב חומרים דו -ממדיים רבים, כמו תחמוצות מתכת מעבר, כלקוגנידים מתכתיים, בעיקר כולל סולפידים וסלנידים, ומעבר קרביד מתכת/ניטריד משושה, ניטריד משושה, LDH שכבה, MOF 2D, פוספין, גרמניות וכו '. למרות שחומרים דו -מימדיים אלה יש מבנה דו -ממדי משותף בכללותו, התכונות הפיזיקליות והכימיות הספציפיות משתנות בהתאם להרכב הכימי, מה שמקנה גם למשפחת החומר הדו -ממדי מגוון רחב של יישומים. ביניהם, המעבר השכבה מתכת קרביד הוא הכוכב הכי חם בעשור האחרון, מה שמכונה מקסן, בגלל תכונותיו דמויי הזהב של מוליכות חשמלית, קבוצות פונקציונליות עשירות לפני השטח, כגון -f, -OH ו- = O, הידרופיליות מעולה ואלקטרונגטיביות פני השטח ומאפיינים מצוינים מקיפים אחרים. מכיוון שהוא סונתז לראשונה בשנת 2011, הוא הפך לנושא מחקר חם עבור חוקרים ברחבי העולם, מכיוון שאנו יודעים שרוב החומרים הדו-מימדיים מציגים תכונות מבודדות, מוליכים למחצה או חצי מתכתי, ולכן הגילוי של מקסן הוא שחר החומר הדו-ממדי מערכת. לא רק זה, בהשוואה לרכיבים סופיים דו-ממדיים אחרים, ל- MXENE יש גיוון עשיר מאוד המבוסס על שכבות אטומיות שונות, בזכות הסדר האטומי המתכתית או מחוץ למטוס, מ- M2X, ל- M3X2, ל- M4X3 ו- לאחרונה M5X4, מה שמביא יותר ממאה רכיבים אפשריים למערכת החומרים MXENE. זה ללא תחרות על ידי כל חומר אחר עד כה. חשוב מכך, על פי תנאי התחרוז השונים ושיטות השלב המקסימום של מבשר, ניתן להסדיר מספר גדול של קבוצות פונקציונליות על פני השטח של MXENE, כך שניתן יהיה למקד אותו בהתאם לתרחיש היישום לתכנון מבנה השטח החיובי ביותר ו ניתן להתגבר על כוח הוואן וואלים בין שכבות MXENE על ידי סיוע פשוט באולטרה סאונד, יחד עם הדחייה האלקטרוסטטית הנוצרת על ידי האלקטרונגטיביות בין שכבות MXENE, קל להשיג תמיסה קולואידלית מפוזרת ביותר, וחומר ממברנה מורכבת עם אולטרה ניתן להשיג גמישות ומוליכות גבוהה במיוחד על ידי מיצוי וסינון פשוטים. בגלל האופי המקיף המצוין הזה, 2D MXENE הוא חומר של אבני בניין רב -תכליתי אשר יישומו מאז הגילוי שלו נעים בין אחסון אנרגיה ראשוני לקטליזה, חישה, תאים סולאריים ומגן אלקטרומגנטי מתעורר, טיפול במים וביומפואה.

ישנם שני צדדים לכל דבר, אם כי לחומרי MXENE יש יתרונות רבים כמו האמור לעיל, אך החסרונות שלו בשדות יישומים ספציפיים שעלינו להתמודד איתם. עבור יישומי אחסון אנרגיה, המוליכות החשמלית הגבוהה של MXENE וחוזק כימי יכול לאחסן כמות גדולה של טעינה באמצעות התנהגות פסאודוקאציות. עם זאת, הביצועים האלקטרוכימיים בפועל של חומרי אלקטרודה מבוססי MXENE תלויים בהחלט בתכונות השטח הנשלטות על ידי תנאי הסינתזה, ולעתים קרובות עומדים בפני תופעות חמורות לעלות עצמית במהלך מחזורי מטען ופריקה לטווח הארוך. זה מעכב מאוד את התנהגות הדיפוזיה של יונים. ותקופת המשקל המולקולרית הגבוהה שלה משלה בדרך כלל יש רמות יכולת תיאורטיות לא מספקות. קשה לתאר את מקסן בשלב הטהור שלו כבעל ביצועים מספקים ליישומים קטליטיים. עבור יישומים אחרים, מצב דומה היה חידה מרכזית עבור חוקרים. כאן, Composite, היא הדרך היעילה ביותר, מכיוון שהיא יכולה לשלב את היתרונות של רכיבים שונים, לשילוב של השניים יש "תגובה כימית" פוטנציאלית, עשוי להביא השפעות סינרגיסטיות על חומרי mxene, לקחת את המהות, ללכת לדרוס ולמקום עזור לביצועים של חומרים מבוססי MXENE לרמה חדשה.

כאן, אנו מסכמים באופן שיטתי את השילוב המבני של "1 + 1> 2", כלומר "XD פחמן + 2d mxene = ∞". על פי ממדים שונים של מטריצת פחמן, מממד נמוך לממד גבוה, נקודות קוונטיות 0d ועד שלד פחמן תלת -ממדי, ושילוב של מבנה מורכב של 2D MXENE, ראשית, על פי סוגים שונים של מטריצת פחמן ותואמים שיטות היברידיות שונות, הנייר מסכם ומשווה. שנית, מערכות היחסים בין פעילות המבנה של מבנים XD / 2D-Carbon / MXENE הושוו על פי ההיגיון-ביצועי הסינתזה-מבנה. בהתבסס על ציר הזמן של מטריצת הפחמן הרב-ממדית והמתחם MXENE, החל משחזור ה- 1D CNTS הראשוני, מכלול גרפן דו-ממדי, ועד העמסת הפחמן הנגזרת בתלת מימד, ולאחרונה, עיגון של נקודות קוונטום פחמן 0D, המדענים יכולים בבירור להבין את וריד החקירה. ממספר המאמרים שפורסמו, לא קשה לראות שמספר מאמרי המחקר הקשורים לחומרי MXENE הולך וגדל משנה לשנה, ביניהם, שיעור המחקר על מרוכבים מבוססי פחמן מבוסס MXENE הופך להיות גבוה יותר ויותר, וכן חשוב מכך, זה יותר ויותר שופע מבחינת סוגים, מה שמספק את התקדמות המחקר של MXENE. בסופו של דבר סיכמה התקדמות המחקר של מרוכבים פחמן מבוססי MXENE וכיוון המחקר העתידי היה צפוי.