二維材料由于其獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，在儲(chǔ)能領(lǐng)域擁有巨大的潛力。繼石墨烯之后，一種新的二維金屬碳化物/氮化物（MXenes）在儲(chǔ)能領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。MXenes具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高比表面積、高電導(dǎo)率、多種表面官能團(tuán)的特點(diǎn)，同時(shí)也具備組分靈活可調(diào)，層數(shù)厚度可控等優(yōu)勢(shì)，在鋰離子電池，鋰硫電池等領(lǐng)域擁有巨大潛力。

近日，澳大利亞悉尼科技大學(xué)（UniversityofTechnologySydney）的汪國(guó)秀教授課題組在AdvancedEnergyMaterials上發(fā)表題為“2DMetalCarbidesandNitrides(MXenes)asHigh-PerformanceElectrodeMaterialsforLithium-BasedBatteries”的綜述，總結(jié)了MXenes的刻蝕方法、結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)以及其在鋰離子電池和鋰硫電池領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)MXenes在儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究提出了一些建議和展望。

作者首先總結(jié)了最常用的幾種濕法刻蝕MXenes的方法：（1）氫氟酸刻蝕層狀前驅(qū)物（MAX）；（2）強(qiáng)酸、氟化物鹽混合原位生成HF刻蝕層狀前驅(qū)物；（3）高濃度NaOH刻蝕層狀前驅(qū)物，制備MXenes。不同的制備條件會(huì)影響MXenes的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征和表面官能團(tuán)，較為溫和的刻蝕和剝落環(huán)境有利于大片層、少缺陷的MXenes的合成。氫氟酸刻蝕方法主要適用于含鋁的層狀前驅(qū)物，而強(qiáng)酸、氟化物鹽混合刻蝕方法使得陽(yáng)離子（Li+等）和水分子能夠進(jìn)入MXenes層間，降低層與層間的范德華力而促進(jìn)剝離。比較而言，高濃度NaOH刻蝕層狀前驅(qū)物的方法提高了實(shí)驗(yàn)安全性，且能夠得到不含氟官能團(tuán)的MXenes。

MXenes的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，尤其是電學(xué)性質(zhì)，決定了MXenes在鋰電池內(nèi)的性能。文中概述了具不同表面官能團(tuán)和不同組分元素的MXenes的結(jié)構(gòu)特征和相關(guān)的電學(xué)特性，并且對(duì)相關(guān)特性可能對(duì)鋰電池性能的影響進(jìn)行了分析。

隨后，作者就MXenes在鋰離子電池及鋰硫電池中的應(yīng)用分別進(jìn)行了詳細(xì)的回顧。由于MXenes及其衍生物具有良好的電學(xué)性能，單金屬層MXenes（如Ti2C，Ti3C2）以及雙金屬層MXenes（如Mo2TiC2，Mo2Ti2C3）在實(shí)際實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算中都顯示了較好的電化學(xué)性能。然而，無(wú)明顯放電平臺(tái)，首周效率較低以及納米層容易堆疊的缺點(diǎn)影響了MXenes材料的進(jìn)一步運(yùn)用。為了揚(yáng)長(zhǎng)避短，將MXenes與其他材料（如金屬氧化物，金屬單質(zhì)，硫化物，以及碳材料）復(fù)合作為鋰離子電極電極材料成為了研究熱點(diǎn)。在鋰硫電池中，通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)以及理論計(jì)算，MXenes表面的官能團(tuán)具有吸附多硫化物的功能，從而抑制鋰硫電池中多硫化物的穿梭效應(yīng)，提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。因此，當(dāng)MXenes被用作鋰硫電池正極硫載體、隔膜夾層、以及用于改善鋰金屬負(fù)極時(shí)，都顯著提升了電池性能。

MXenes具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，高比表面積，能夠吸附多硫化物，抑制鋰負(fù)極枝晶生長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。然而，還有諸多問(wèn)題有待研究者去進(jìn)一步解決，比如如何合成單一表面官能團(tuán)的MXenes。如何開(kāi)發(fā)更加安全有效的刻蝕方法與合成方法。金屬離子與有機(jī)大分子是怎樣嵌入在MXenes層間的？同時(shí)也應(yīng)該探索合成新型的MXenes材料（如Mo2B2，F(xiàn)e2B2等）。總的來(lái)說(shuō)，MXenes用作下一代鋰離子電池與鋰硫電池電極材料還有很長(zhǎng)的路要走。