MXenes

В материаловедении MXenes представляют собой класс двумерных неорганических соединений наряду с MBenes, которые состоят из атомарно тонких слоев карбидов, нитридов или карбонитридов переходных металлов. MXenes принимают различные гидрофильные окончания. Первый MXene был описан в 2011 году.

Состав

Синтезированные MXenes, полученные путем травления HF, имеют морфологию, похожую на гармошку, которую можно назвать многослойным MXene (ML-MXene) или малослойным MXene (FL-MXene), если слоев меньше пяти. Поскольку поверхности MXenes могут быть терминированы функциональными группами, можно использовать соглашение об именовании M_n+1X_nT_x, где T — функциональная группа (например, O, F, OH, Cl).

Моно переход

MXены принимают три структуры с одним металлом в М-сайте, унаследованные от родительских фаз MAX: M₂C, M₃C₂, и M₄C₃. Их производят путем избирательного вытравливания элемента A из фазы MAX или другого слоистого предшественника (например, Mo₂Ga₂C), который имеет общую формулу M_n+1AX_n, где M — ранний переходный металл, A — элемент из группы 13 или 14 периодической таблицы, X — C и/или N, и n = 1–4. Фазы MAX имеют слоистую гексагональную структуру с симметрией P6₃/mmc, где слои M упакованы почти плотно, а атомы X заполняют октаэдрические позиции. Следовательно, слои M_n+1X_n чередуются с элементом A, который металлически связан с элементом M.

Двойной переход

Двойные переходные металлы MXenes могут принимать две формы: упорядоченные двойные переходные металлы MXenes или твердые растворы MXenes. Для упорядоченных MXenes с двойным переходным металлом они имеют общие формулы: M’₂M»C₂ или M’₂M»₂C₃, где M’ и M» — разные переходные металлы. Синтезированные карбиды двойных переходных металлов включают Mo₂TiC₂, Mo₂Ti₂C₃, Cr₂TiC₂ и Mo₄VC₄. В некоторых из этих MXenes (таких как Mo₂TiC₂, Mo₂Ti₂C₃ и Cr₂TiC₂), атомы Mo или Cr находятся на внешних краях MXene, и эти атомы контролируют электрохимические свойства MXene.

Для твердорастворимых MXenes они имеют общие формулы: (M’_2−yM»_y)C, (M’_3−yM»_y)C₂, (M’_4−yM»_y)C₃ или (M’_5−yM»_y)C₄, где металлы случайным образом распределены по всей структуре в твердых растворах, что приводит к непрерывно настраиваемым свойствам.

Дивакансия

Благодаря разработке исходного трехмерного атомного ламината (Mo_2/3Sc_1/3)₂AlC с внутриплоскостным химическим упорядочением и выборочному травлению атомов Al и Sc получены доказательства существования двумерных листов Mo_1,33C с упорядоченными металлическими дивакансиями.

Синтез

MXenes обычно синтезируются с помощью процесса селективного травления сверху вниз. Этот синтетический путь масштабируется, без потери или изменения свойств при увеличении размера партии. Производство MXene путем травления MAX-фазы происходит в основном с использованием сильных травильных растворов, содержащих ион фтора (F−), таких как плавиковая кислота (HF), гидродифторид аммония (NH₄HF₂) и смесь соляной кислоты (HCl) и фторида лития (LiF). Например, травление Ti₃AlC₂ в водном HF при комнатной температуре приводит к селективному удалению атомов A (Al), а поверхность карбидных слоев становится терминированной атомами O, OH и/или F. MXene также может быть получен в расплавленных солях кислоты Льюиса, таких как ZnCl₂, и может быть реализована концевая группа Cl. MXene с концевым Cl-атомом структурно стабилен до 750 °C. Общий подход с использованием расплавленной соли кислоты Льюиса оказался жизнеспособным для травления большинства членов MAX-фаз (таких как предшественники MAX-фаз с элементами A Si, Zn и Ga) некоторыми другими расплавами (CdCl₂, FeCl₂, CoCl₂, CuCl₂, AgCl и NiCl₂).

MXene Ti₄N₃ был первым описанным нитридным MXene, и его готовят по другой процедуре, чем те, которые используются для карбидных MXene. Для синтеза Ti₄N₃ MAX-фаза Ti₄AlN₃ смешивается с расплавленной эвтектической фторидной смесью солей фторида лития, фторида натрия и фторида калия и обрабатывается при повышенных температурах. Эта процедура вытравливает Al, давая многослойный Ti₄N₃, который затем может быть расслоен на один и несколько слоев путем погружения MXene в гидроксид тетрабутиламмония с последующей обработкой ультразвуком.

MXenes также можно синтезировать напрямую или с помощью процессов CVD. Недавно монокристаллический монослой W5N6 был успешно синтезирован методом CVD в масштабе пластины, что показывает перспективность MXenes в электронном применении в будущем.

С момента своего первого открытия ученые искали более эффективный и действенный процесс синтеза. В отчете 2018 года Пэн и др. описали метод гидротермального травления. В этом методе травления фаза MAX обрабатывается в растворе кислоты и соли в условиях высокого давления и температуры. Метод более эффективен при производстве точек и нанолистов MXene. Более того, он безопаснее, поскольку во время процесса травления не выделяются пары HF.

Типы

2-1 MXены: Ti₂C, V₂C, Nb₂C, Mo₂C Mo< sub>2N, Ti₂N, (Ti_2-yNb_y)C, (V_{2 -y}Nb_y)C, (Ti_2-yV_y)C, Вт_1,33C, Nb_1,33C, Mo_1,33C, Mo_1,33Y_0,67C

3-2 MXены: Ti₃C₂ , Ti₃CN, Zr₃C_{2< /sub> и Hf3C2}

4-3 MXены: Ti₄N₃, Nb₄C₃ , Ta_{4C3 , V4C3, (Mo,V)4C3< /под>}

5-4 MXenes: Mo₄VC₄

Двойные переходные металлы MXenes:

2-1-2 MXenes: Mo₂TiC₂, Cr₂TiC₂, Mo₂ScC₂

2-2-3 MXены: Mo₂Ti₂C₃

Ковалентная модификация поверхности

Двумерные поверхности карбидов переходных металлов могут быть химически преобразованы с помощью различных функциональных групп, таких как окончания поверхности O, NH, S, Cl, Se, Br и Te, а также голые MXenes. Стратегия включает установку и удаление поверхностных групп путем проведения реакций замещения и отщепления в расплавленных неорганических солях. Ковалентное связывание органических молекул с поверхностями MXene было продемонстрировано посредством реакции с солями арилдиазония.

Интеркаляция и расслаивание

Поскольку MXenes являются слоистыми твердыми телами, а связь между слоями слабая, возможна интеркаляция гостевых молекул в MXenes. Гостевые молекулы включают диметилсульфоксид (ДМСО), гидразин и мочевину. Например, N₂H₄ (гидразин) может быть интеркалирован в Ti₃C₂(OH)₂ с молекулами, параллельными базальным плоскостям MXene, с образованием монослоя. Интеркаляция увеличивает параметр решетки MXene c (параметр кристаллической структуры, который прямо пропорционален расстоянию между отдельными слоями MXene), что ослабляет связь между слоями MX. Ионы, включая Li+, Pb2+ и Al3+, также могут быть интеркалированы в MXenes, либо спонтанно, либо при приложении отрицательного потенциала к электроду MXene.

Расслоение

Ti₃C₂ MXene, полученный путем травления HF, имеет гармошкообразную морфологию с остаточными силами, которые удерживают слои MXene вместе, предотвращая разделение на отдельные слои. Хотя эти силы довольно слабы, ультразвуковая обработка приводит только к очень низкому выходу однослойных хлопьев. Для крупномасштабного расслоения ДМСО интеркалируется в порошки ML-MXene при постоянном перемешивании, чтобы еще больше ослабить межслоевую связь, а затем расслаивается с помощью ультразвуковой обработки. Это приводит к крупномасштабному разделению слоев и образованию коллоидных растворов FL-MXene. Эти растворы впоследствии можно отфильтровать для приготовления «бумаги» MXene (похожей на бумагу из оксида графена).

MXene глина

Для случая Ti₃C₂T_x и Ti₂CT_x травление концентрированной плавиковой кислотой приводит к открытой, похожей на гармошку морфологии с компактным расстоянием между слоями (это характерно и для других составов MXene). Для диспергирования в суспензии материал должен быть предварительно интеркалирован чем-то вроде диметилсульфоксида. Однако, когда травление проводится соляной кислотой и LiF в качестве источника фторида, морфология более компактна с большим расстоянием между слоями, предположительно из-за количества интеркалированной воды. Было обнаружено, что материал «похож на глину»: как видно из глинистых материалов (например, смектитовых глин и каолинита), Ti₃C₂T_x демонстрирует способность расширять межслойную гидратацию и может обратимо обменивать заряд-балансирующие катионы Группы I и Группы II. Кроме того, при гидратации глина MXene становится пластичной и может формоваться в желаемые формы, становясь твердым телом после высыхания. Однако, в отличие от большинства глин, глина MXene показывает высокую электропроводность после высыхания и является гидрофильной, и диспергируется в однослойные двумерные листы в воде без поверхностно-активных веществ. Кроме того, благодаря этим свойствам ее можно раскатывать в отдельно стоящие электроды без добавок для приложений хранения энергии.

Обработка материалов

MXenes могут быть обработаны раствором в водных или полярных органических растворителях, таких как вода, этанол, диметилформамид, пропиленкарбонат и т. д., что позволяет проводить различные типы осаждения с помощью вакуумной фильтрации, центрифугирования, распыления, погружения и литья в рулоны. Были проведены исследования струйной печати чернилами Ti₃C₂T_x без добавок и чернилами, состоящими из Ti₃C₂T_x и белков.

Размер латеральных чешуек часто играет роль в наблюдаемых свойствах, и существует несколько синтетических путей, которые производят различные степени размера чешуек. Например, когда HF используется в качестве травителя, этап интеркаляции и расслоения потребует обработки ультразвуком для расслоения материала на отдельные чешуйки, в результате чего чешуйки имеют латеральный размер в несколько сотен нанометров. Это полезно для таких применений, как катализ и некоторые биомедицинские и электрохимические применения. Однако, если требуются более крупные чешуйки, особенно для электронных или оптических применений, необходимы чешуйки без дефектов и большой площади. Этого можно достичь с помощью метода минимально интенсивного расслоения слоев (MILD), где количество фазы LiF в MAX увеличивается, в результате чего получаются чешуйки, которые можно расслоить на месте при промывке до нейтрального pH.

Также были исследованы методы постсинтезной обработки для адаптации размера хлопьев, такие как ультразвуковая обработка, дифференциальное центрифугирование и процедуры центрифугирования в градиенте плотности. Методы постобработки в значительной степени зависят от размера хлопьев в состоянии после производства. Использование ультразвуковой обработки позволяет уменьшить размер хлопьев с 4,4 мкм (в состоянии после производства) до в среднем 1,0 мкм после 15 минут ультразвуковой обработки в ванне (100 Вт, 40 кГц) и до 350 нм после 3 часов ультразвуковой обработки в ванне. Используя зондовую ультразвуковую обработку (8 с ВКЛ, 2 с ВЫКЛ импульс, 250 Вт), хлопья были уменьшены до среднего 130 нм в поперечном размере. Дифференциальное центрифугирование, также известное как каскадное центрифугирование, может использоваться для отбора хлопьев на основе поперечного размера путем последовательного увеличения скорости центрифуги от низких скоростей (например, 1000 об/мин) до высоких скоростей (например, 10000 об/мин) и сбора осадка. При выполнении этого можно получить «большие» (800 нм), «средние» (300 нм) и «маленькие» (110 нм) хлопья. Центрифугирование в градиенте плотности также является еще одним методом отбора хлопьев на основе поперечного размера, при котором в центрифужной пробирке используется градиент плотности, и хлопья перемещаются через центрифужную пробирку с разной скоростью в зависимости от плотности хлопьев относительно среды. В случае сортировки MXenes можно использовать градиент плотности сахарозы и воды от 10 до 66 мас./об.%. Использование градиентов плотности позволяет добиться более монодисперсного распределения размеров чешуек, а исследования показывают, что распределение чешуек можно варьировать от 100 до 10 мкм без применения ультразвуковой обработки.

Характеристики

При высокой электронной плотности на уровне Ферми монослои MXene, как предсказывают, являются металлическими. В фазах MAX N(E_F) в основном представляет собой M 3d-орбитали, а валентные состояния ниже E_F состоят из двух подзон. Одна, подзона A, состоящая из гибридизированных Ti 3d-Al 3p-орбиталей, находится вблизи E_F, а другая, подзона B, на −10–−3 эВ ниже E_F, что обусловлено гибридизированными Ti 3d-C 2p- и Ti 3d-Al 3s-орбиталями. Иными словами, подзона A является источником связей Ti-Al, тогда как подзона B является источником связи Ti-C. Удаление слоев A приводит к перераспределению состояний Ti 3d из отсутствующих связей Ti-Al в делокализованные состояния металлических связей Ti-Ti вблизи энергии Ферми в Ti₂, поэтому N(E_F) в 2,5–4,5 раза выше для MXenes, чем для MAX-фаз. Экспериментально предсказанное более высокое значение N(E_F) для MXenes не приводит к более высоким сопротивлениям, чем для соответствующих MAX-фаз. Энергетические положения полос O 2p (~6 эВ) и F 2p (~9 эВ) от уровня Ферми Ti₂CT_x и Ti₃C₂T_x зависят как от мест адсорбции, так и от длин связей до терминирующих видов. Значительные изменения в координации Ti-O/F наблюдаются с повышением температуры при термообработке.

Только MXenes без поверхностных окончаний, как предсказано, являются магнитными. Cr₂C, Cr₂N и Ta₃C₂, как предсказано, являются ферромагнитными; Ti₃C₂ и Ti₃N₂, как предсказано, являются антиферромагнитными. Ни одно из этих магнитных свойств пока не было продемонстрировано экспериментально.

Оптический

Мембраны MXenes, такие как Ti₃C₂ и Ti₂C, имеют темные цвета, что указывает на их сильное поглощение света в видимом диапазоне длин волн. MXenes являются перспективными фототермическими материалами из-за их сильного поглощения видимого света. Что еще интереснее, сообщается, что оптические свойства MXenes, таких как Ti₃C₂ и Ti₂C, в ИК-области значительно отличаются от свойств в видимом диапазоне длин волн. Для длин волн выше 1,4 микрометра эти материалы показывают отрицательную диэлектрическую проницаемость, что приводит к сильному металлическому отклику на ИК-свет. Другими словами, они обладают высокой отражательной способностью для ИК-света. Из закона излучения Кирхгофа низкое поглощение ИК-света означает низкую ИК-излучательную способность. Два материала MXenes показывают ИК-излучательную способность всего лишь 0,1, что аналогично некоторым металлам. Такие материалы, которые в видимом диапазоне черные, а в инфракрасном — белые, востребованы во многих областях, таких как маскировка, терморегулирование и шифрование информации.

Устойчивость к коррозии

Растет объем литературы, которая признает MXenes как высокоэффективные ингибиторы коррозии. Коррозионная стойкость Ti₃C₂T_x MXene может быть отнесена к синергии хорошей диспергируемости, барьерного эффекта и высвобождения ингибитора коррозии.

Биологические свойства

По сравнению с оксидом графена, который широко известен как антибактериальный агент, Ti₂C MXene демонстрирует отсутствие антибактериальных свойств. Однако MXene из Ti₃C₂ MXene демонстрирует более высокую антибактериальную эффективность в отношении как грамотрицательных E. coli и грамположительные B. субтилис. Кривые колониеобразующей единицы и повторного роста показали, что более 98% обеих бактериальных клеток потеряли жизнеспособность при 200 мкг/мл коллоидного раствора Ti₃C₂ в течение 4 часов после воздействия. Наблюдалось повреждение клеточной мембраны, что приводило к высвобождению цитоплазматического материала из бактериальных клеток и гибели клеток. Основные исследования цитотоксичности 2D-листов MXenes in vitro показали перспективность их применения в биологических науках и биотехнологиях. Представленные исследования противораковой активности Ti₃C₂ MXene определяли на двух нормальных (MRC-5 и HaCaT) и двух раковых (A549 и A375) клеточных линиях. Результаты цитотоксичности показали, что наблюдаемые токсические эффекты были выше в отношении раковых клеток по сравнению с нормальными. Были также выяснены механизмы потенциальной токсичности. Было показано, что Ti₃C₂ MXene может влиять на возникновение окислительного стресса и, как следствие, на генерацию активных форм кислорода (АФК). Дальнейшие исследования Ti₃C₂ MXene выявили потенциал MXenes в качестве нового керамического фототермического агента, используемого для терапии рака. В исследованиях биосовместимости нейронов нейроны, культивированные на Ti₃C₂, столь же жизнеспособны, как и нейроны в контрольных культурах, и они могут прикрепляться, выращивать аксональные отростки и образовывать функциональные сети.

Очистка воды

Недавно Ti₃C₂ MXenes использовались в качестве проточных электродов в проточной электродной емкостной деионизационной ячейке для удаления аммиака из имитированных сточных вод. MXene FE-CDI продемонстрировал 100-кратное улучшение емкости поглощения ионов при 10-кратной большей энергоэффективности по сравнению с проточными электродами из активированного угля. Мембраны Ti₃C₂ MXene толщиной в один микрон продемонстрировали сверхбыстрый поток воды (приблизительно 38 л/(Бар·ч·м2)) и дифференциальное просеивание солей в зависимости как от радиуса гидратации, так и от заряда ионов. Катионы, большие, чем межслоевое расстояние MXene, не проникают через мембраны Ti₃C₂. Что касается более мелких катионов, те, у которых больший заряд, проникают на порядок медленнее, чем однозарядные катионы.

Потенциальные приложения

Как проводящие слоистые материалы с настраиваемыми поверхностными окончаниями, MXenes, как было показано, перспективны для применения в накопителях энергии (литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы и компоненты накопителей энергии), композитах, фотокатализе, очистке воды, газовых сенсорах, прозрачных проводящих электродах, нейронных электродах, в качестве метаматериала, подложки SERS, фотонного диода, электрохромного устройства и трибоэлектрического наногенератора (TENG).

Литий-ионные аккумуляторы

MXenes были экспериментально исследованы в литий-ионных аккумуляторах (LIB) (например, V₂CT_x, Nb₂CT_x, Ti₂CT_x и Ti₃C₂T_x). V₂CT_x продемонстрировал самую высокую обратимую емкость хранения заряда среди MXenes в многослойной форме (280 мАч/г при скорости 1С и 125 мАч/г при скорости 10С). Многослойный Nb₂CT_x показал стабильную обратимую емкость 170 мАч/г при скорости 1С и 110 мАч/г при скорости 10С. Хотя Ti₃C₂T_x показывает самую низкую емкость среди четырех MXenes в многослойной форме, его можно расслаивать с помощью ультразвуковой обработки многослойного порошка. Благодаря более высокой электрохимически активной и доступной площади поверхности, расслаиваемая бумага Ti₃C₂T_x демонстрирует обратимую емкость 410 мАч/г при 1С и 110 мАч/г при 36С. В качестве общей тенденции можно ожидать, что M₂X MXenes будут иметь большую емкость, чем их аналоги M₃X₂или M₄X₃ при том же приложенном токе, поскольку M₂X MXenes имеют наименьшее количество атомных слоев на лист.

В дополнение к высоким возможностям мощности, каждый MXene имеет различное активное окно напряжения, что может позволить использовать их в качестве катодов/анодов аккумуляторов. Более того, экспериментально измеренная емкость для бумаги Ti₃C₂T_x выше, чем предсказано компьютерным моделированием, что указывает на необходимость дальнейших исследований для выяснения механизма хранения заряда.

Натрий-ионные аккумуляторы

MXenes демонстрируют многообещающие характеристики для натрий-ионных аккумуляторов. Na+ должен быстро диффундировать на поверхности MXene, что благоприятно для быстрой зарядки/разрядки. Два слоя Na+ могут быть интеркалированы между слоями MXene. В качестве типичного примера многослойный Ti₂CT_x MXene в качестве материала отрицательного электрода показал емкость 175 мА ч г−1 и хорошую скорость. Можно настраивать потенциалы вставки ионов Na MXenes, изменяя переходный металл и поверхностные функциональные группы. V₂CT_x MXene успешно применялся в качестве катодного материала. Сообщалось, что пористые бумажные электроды на основе MXene демонстрируют высокую объемную емкость и стабильную производительность при циклировании, демонстрируя перспективность для устройств, где размер имеет значение.

Суперконденсаторы

MXenes изучаются для улучшения плотности энергии суперконденсатора. Улучшения достигаются за счет увеличения плотности хранения заряда, которая может быть увеличена несколькими способами. Увеличение доступной площади поверхности для потенциальных окислительно-восстановительных реакций за счет увеличения межслоевого расстояния может вместить больше ионов, но снижает плотность электрода. Путь синтеза контролирует химию поверхности и играет большую роль в определении скорости реакции интеркаляции и плотности хранения заряда. Например, MXenes Ti₃C₂T_x, полученные из расплавленной соли, с хлорными поверхностными группами, показывают емкость 142 мАч г−1 при скорости 13C и 75 мАч г−1 при скорости 128C, что обусловлено полной десольватацией Li+, что позволяет увеличить плотность хранения заряда в электроде. Для сравнения, Ti₃C₂T_x MXene, полученные путем травления HF, демонстрируют емкость 107,2 мАч г−1 при скорости 1С.

Были исследованы композитные электроды на основе Ti₃C₂T_x, включая Ti₃C₂T_x/полимер (например, PPy, полианилин), Ti₃C₂T_x/TiO₂ и Ti₃C₂T_x/Fe₂O₃. В частности, гидрогелевые электроды Ti₃C₂T_x обеспечивали высокую объемную емкость до 1500 Ф/см3.

Электроды суперконденсатора на основе бумаги Ti₃C₂T_x MXene в водных растворах демонстрируют отличную циклируемость и способность хранить 300-400 Ф/см3, что в три раза больше энергии, чем у конденсаторов на основе активированного угля и графена. Глина Ti₃C₂ MXene показала объемную емкость 900 Ф/см3, более высокую емкость на единицу объема, чем у большинства других материалов, без потери емкости в течение более чем 10 000 циклов заряда/разряда.

В электродах Ti₃C₂T_x MXene для литий-ионных электролитов выбор растворителя значительно повлиял на транспорт ионов и кинетику интеркаляции. В растворителе пропиленкарбоната (ПК) эффективная десольватация ионов лития во время интеркаляции привела к увеличению объемного хранения заряда с незначительным увеличением объема электрода. Улучшенная кинетика, полученная за счет выбора растворителя, привела к улучшению плотности хранения заряда при сравнении системы ПК с ацетонитрилом или диметилсульфоксидом более чем в 2 раза.

Композиты

Нанолисты FL-Ti₃C₂ (наиболее изученный MXene) могут тесно смешиваться с полимерами, такими как поливиниловый спирт (ПВС), образуя чередующиеся слоистые структуры MXene-PVA. Электропроводность композитов можно контролировать от 4×10−4 до 220 См/см (весовое содержание MXene от 40% до 90%). Композиты имеют прочность на разрыв до 400% выше, чем чистые пленки MXene, и показывают лучшую емкость до 500 Ф/см3. Используя электростатическую самосборку, производятся гибкие и проводящие электроды суперконденсатора MXene/графен. Отдельно стоящий электрод MXene/графен демонстрирует объемную емкость 1040 Ф/см3, впечатляющую скорость с сохранением емкости 61% и длительным сроком службы. Также разработан метод альтернативной фильтрации для формирования композитных пленок MXene-углеродных наноматериалов. Эти композиты показывают лучшую производительность при высоких скоростях сканирования в суперконденсаторах. Вставка полимеров или углеродных наноматериалов между слоями MXene позволяет ионам электролита легче диффундировать через MXene, что является ключевым фактором для их применения в гибких устройствах хранения энергии. Механические свойства эпоксидной смолы/MXenes сопоставимы с графеном и УНТ, прочность на разрыв и модуль могут увеличиваться до 67% и 23% соответственно. Сообщается, что нанокомпозиты MXene/C-dot демонстрируют синергетическое оптическое поглощение и термические свойства наноматериалов MXene и C-dot.

Датчики

Датчики на основе MXenes были изучены для различных приложений, включая газовые и биологические датчики. Одним из новых датчиков, где были применены MXenes, является SERS. Сообщалось, что субстраты Ti₃C₂T_x MXenes применимы для обнаружения салициловой кислоты, метаболита ацетилсалициловой кислоты (также известной как аспирин), молекул органических красителей и биомолекул.

Еще одной перспективной областью применения MXenes является газовое зондирование. Газовые датчики на основе MXenes показали высокую чувствительность и селективность по отношению к различным газам, включая аммиак, спирты, диоксид азота и диоксид серы. Эти датчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, промышленной безопасности и здравоохранения.

Пористые материалы

Пористые MXenes (Ti₃C₂, Nb₂C и V₂C) были получены с помощью простого метода химического травления при комнатной температуре. Пористый Ti₃C₂ имеет большую удельную площадь поверхности и более открытую структуру и может быть отфильтрован в виде гибких пленок с добавлением углеродных нанотрубок (УНТ) или без них. Изготовленные пленки p-Ti₃C₂/УНТ показали значительно улучшенные возможности хранения литий-ионов с емкостью до 1250 мА·ч·г−1 при 0,1 С, превосходную стабильность при циклировании и хорошие скоростные характеристики.

Антенны

Ученые из Университета Дрекселя в США создали напыляемые антенны, которые работают не хуже современных антенн, используемых в телефонах, маршрутизаторах и других гаджетах, путем нанесения MXene на повседневные предметы, что значительно расширяет сферу применения Интернета вещей.

Оптоэлектронные приборы

Субстраты MXene SERS были изготовлены методом распыления и использовались для обнаружения нескольких распространенных красителей, с расчетными факторами усиления, достигающими ~106. Карбид титана MXene демонстрирует эффект SERS в водных коллоидных растворах, что предполагает потенциал для биомедицинских или экологических применений, где MXene может селективно усиливать положительно заряженные молекулы. Прозрачные проводящие электроды были изготовлены с карбидом титана MXene, показывающим способность пропускать приблизительно 97% видимого света на нанометровую толщину. Производительность прозрачных проводящих электродов MXene зависит от состава MXene, а также параметров синтеза и обработки.

Сверхпроводимость

Nb₂C MXenes проявляют сверхпроводимость, зависящую от поверхностной группы.