二维MXenes的制备及催化产氢性能研究进展

过渡金属碳化物、氮化物MXenes是一类新型的二维材料,通式为MnXn-1Tx(n=2～5).MXenes具备独特性能,在催化、储能、吸附等领域受到广泛关注.综述了MXenes的发展进程,不同的MXenes制备方法对MXenes结构、性能和表面官能团的影响以及MXenes复合材料在催化领域的应用研究现状,关于MXenes目前在催化领域内存在的挑战(MXenes结构优化、催化机理的研究、抗氧化性等)进行了讨论,并提出未来的发展方向.     

MXene材料在电催化还原CO2中的应用

MXene是一种新兴的二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物的总称。其具有独特的二维风琴状结构、良好的导电性，丰富的官能团及亲水基团，因此在电催化还原CO₂领域中有着广泛的应用。本文综述了MXene材料的结构与性能，制备方法以及MXene材料及其复合材料在电催化还原CO₂领域的研究进展，并对其未来发展方向进行了展望和总结。     

基于硅藻土模板法的二维材料粉体制备研究进展

二维材料粉体具有比表面积大、催化活性位点丰富、易于溶液加工、微结构可调等特性，在能源、电子器件、催化和环境等领域展现出巨大的应用前景。高品质二维材料粉体的低成本、批量化、微结构调控制备是发展其大规模应用的重要前提。本文总结了基于硅藻土模板法制备二维材料粉体(如石墨烯、石墨双炔、过渡金属氮化物、过渡金属硫属化合物粉体)的研究进展；介绍了所获得的二维材料粉体在能量存储器件、印刷电子学、电催化析氢、废水处理等领域的应用研究；最后讨论了基于硅藻土模板法的二维材料粉体制备研究中尚存的问题与挑战，以及二维材料粉体可能的应用方向。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

含钴催化剂电化学析氢研究进展

综述了近几年含钴材料(含钴磷化物、含钴硫化物、含钴氧化物、含钴氮化物)的制备方法及其作为电催化析氢催化剂的研究进展,对含钴材料作为电催化析氢催化剂的发展方向进行了展望。     

MXenes材料的制备、应用及其机理综述

MXenes是一种新型二维晶体材料,由过渡金属及碳/氮元素组成,具有与石墨烯类似的结构,在力学性能、抗氧化性、导电性和亲水性等方面表现优异,可广泛应用于多个领域.综述了MXenes的制备方法及形态结构形态,概述了其在电化学、催化、吸附、储氢等领域的应用性能及有关机理,并对MXenes材料的应用前景做出展望.     

储能界的一颗新星——M Xene材料

<正>2012年,二维晶体MXenes(过渡金属的碳化物和氮化物)首次引起研究人员的关注。该材料因具有导电性强、扩散系数低,且单层原子薄片结构的稳定性等性能,可满足高性能电池制备材料的要求。现在,MXenes被赋予更高的期望,因为研究人员发现该类材料具有较好的柔韧性、较高的电容,而且可以容易地制备其复合材料和模压材料。新的发现表明MXenes同样可应用于柔性和可穿戴电子设备,这一特性吸引了越来越多的关注。一些研究人员于2014年12月聚集在波士顿举行的美国材料学会年会上,交流     

大连化物所提出二维硫化钼限域铑原子的距离协同催化效应

<正>近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室二维材料与能源小分子转化创新特区组邓德会研究员、于良副研究员团队提出二维硫化钼(MoS_2)限域铑原子的距离协同效应,利用铑单原子之间的距离来调控二维MoS_2面内硫原子的电子结构和催化活性,从而实现高效电催化析氢(HER)性能。该工作为深入认识二维MoS_2限域单原子的催化活性调控机制以及设计新型高效电解水析氢催化剂提供了新思路。     

MXenes及其在环境领域的应用

MXenes是一种具有独特层状结构的二维纳米材料，其突出的特性包括机械稳定性、热力学稳定性、高比表面积、生物相容性、大量官能团、易于功能化、抗菌特性、高导电性、亲水性及特殊的光学性质等。基于这些特性， MXenes及其复合材料在环境领域的应用潜能受到广泛的新关注。通过文献研究法综述了MXenes的特性及其复合材料在环境领域的应用的研究包括海水脱盐、去除重金属、去除放射性元素、降解有机污染物等，特别在解决清洁能源问题也显示出巨大的潜力。     

MXenes及其复合材料在环境领域中的应用

MXenes是一种具有独特层状结构的二维纳米材料,其突出的特性包括机械稳定性、热力学稳定性、高比表面积、生物相容性、大量官能团、易于功能化、抗菌特性、高导电性、亲水性及特殊的光学性质等.基于这些特性,MXenes及其复合材料在环境领域中的应用潜能受到广泛关注.综述了MXenes的特性及其复合材料在环境领域中的应用,重点介绍了MXenes及其复合材料在海水脱盐、去除重金属、去除放射性元素、降解有机污染物领域中的应用.此外,其在解决清洁能源方面也显示出巨大的潜力.最后对MXenes及其复合材料未来发展方向进行了展望.     

MXenes-based materials: Structure,synthesis, and various applications

MXenes are two-dimensional materials that can be used in various fields due to their large surface areas, electronic possessions, high mechanical strength, hydrophilicity, and antibacterial properties. First, a summary of the structure and properties of MXenes is presented in this review. Efforts for delamination or exfoliation of MXene sheets are introduced. Because little research works have focused on the different roles of MXenes-based materials in tackling environmental pollution, this review concentrates on the importance of MXenes and their hybrids in eliminating environmental pollution, especially water. As can be seen in the following, MXene can help in various forms of membrane, absorbent, catalyst, and as a shield to eliminate environmental pollution. To build a basic understanding of remediation processes, the mechanism of pollutant removal in adsorption, degradation, and other remediation manners is discussed in detail.     

二维金属有机框架及其衍生物用于电催化分解水的研究进展

氢能是一种具有发展前景的可再生清洁能源，电催化分解水是产生氢气的有效途径，设计高效、经济的分解水电催化剂对促进可再生能源的发展至关重要。二维金属有机框架材料（MOFs）具有独特的二维层状结构和灵活可调的化学组成，近年来被广泛应用于电催化分解水领域。二维金属有机框架材料可进一步衍生形成氧化物、磷化物、硫化物、金属-碳复合物等材料，也表现出良好的电催化分解水性能。通过组分调节和结构调控能有效地优化二维金属有机框架及其衍生的材料的本征活性和反应动力学特性，进而提高其电催化性能。此综述介绍了二维MOFs材料及其衍生物在电催化水分解领域的最新研究进展，并展望了其未来研究方向和发展空间。     

Research progress of two-dimensional metal organic frameworks and their derivatives for electrocatalytic water splitting

Hydrogen is a kind of renewable clean energy with development prospects. Electrocatalytic water splitting is an effective way to produce hydrogen. So it is crucial to design efficient and economical water splitting electrocatalyst. Two-dimensional metal organic frameworks (MOFs) have a unique two-dimensional layered structure and a flexible and adjustable chemical composition. In recent years, they have been widely used in the field of electrocatalytic water decomposition. Two-dimensional metal organic framework materials can be derivatized to form oxides, phosphides, sulfides, metal-carbon composites and other materials, and they also exhibit good electrocatalytic water splitting performance. Simultaneously, the intrinsic activity and reaction kinetics of two-dimensional MOFs and their derivatives can be effectively optimized through component adjustment and structural modification, thereby improving their electrocatalytic performance. This review introduces the latest research progress of two-dimensional MOFs and their derivatives for electrocatalytic water splitting, and provides perspectives on the future development.     

氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶

二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性,是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯（GO）以及新型的过渡金属碳/氮化合物（MXenes）,分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质,综述了它们在固定化酶领域的应用研究,并进行了比较。文中指出：GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得,MXenes由其前体经刻蚀制得,不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多,包括羟基、羧基和环氧基,故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附,目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法,探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略,进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。     

MXene (Ti3C2Tx) supported electrocatalysts for methanol and ethanol electrooxidation: A review

MXene is a growing class of two-dimensional layered material that has been showed promising application in various energy storage and conversion technologies, due to its unique electrical, mechanical, surface and electrocatalytic properties. One of the promising applications of MXene is, its definite role as durable catalyst support material, for fuel cell anodic/cathodic reactions. Very recently, MXene supported catalysts have been identified as potential and stable support for various Pt and non-Pt metals designed for cathodic oxygen reduction reaction and it has been proved as excellent material to enhance the oxygen reduction kinetics. This had motivated the researchers to explore MXene as catalyst support for anodic methanol/ethanol oxidation reactions. In this review, recent developments in experimental and theoretical research on MXene-based electrocatalysts for the methanol/ethanol oxidation reactions are examined and overviewed. After careful examination of the available literature, we presume that MXene supported electrocatalyst showed enhanced methanol/ethanol oxidation kinetics and therefore believed to have tremendous opportunities as durable catalyst support for alcohol fuel cells. However, researchers also consider several limitations and challenges that must be addressed for efficient application of MXenes as catalyst supports. Therefore, current research on MXenes with respect to the methanol/ethanol oxidation are discussed, with a focus on synthesis strategies, oxidation kinetics, and factors responsible for enhancing the electrocatalytic performance. Several strategies for the further development of efficient and durable MXene supported catalysts are also proposed.     

Polymer-derived ceramics for electrocatalytic energy conversion reactions

Polymer-derived ceramics (PDCs) are being actively explored in various fields today because of their unique physiochemical properties. Very recent advances in the use of PDCs in energy storage technologies (e.g., batteries, supercapacitors) have motivated researchers to explore the possibilities of PDCs as electrocatalysts for use in energy conversion reactions. Impressively, the tunable functional properties, especially the electrical properties, of PDCs have helped to break through this “bottleneck” and enabled them to become promising materials for use in electrocatalytic conversion. This review presents an in-time summary of the progress in the development of PDCs for electrochemical energy conversion. First, a general introduction to the preparation of PDCs is provided. Later, the factors (e.g., chemical stability, electron conductivity) most closely related to electrocatalytic performance are discussed. Specifically, the parameters that affect the electron conductivity of PDCs are enumerated to delve into advanced strategies for achieving effective electrocatalysts. The relevant electrocatalytic conversion reactions (e.g., hydrogen evolution reaction, oxygen evolution reaction, and oxygen reduction reaction) and utilization of PDCs in these reactions are also comprehensively introduced. Finally, the current challenges and future opportunities for PDC materials in the field of electrochemical energy conversion are summarized.     

超级电容器用二维Ti3C2Tx过渡金属碳/氮化物材料的研究进展

近年来二维过渡金属碳/氮化物(MXene)材料由于其独特的物理/化学性能，在储能领域引起广泛的关注。其中以二维Ti3C2Tx材料的研究最为普遍。MAX相是一类三元氮化物和/或碳化物，其化学式为Mn+1AXn (n=1~3)，M代表过渡金属元素(如Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo等)，X是碳和/或氮，A主要是IIIA或IVA族元素。根据n不同，MAX相的晶体结构包括3种类型。MAX相中，M?X和M?A键强度都很高。无法通过剪切或其它机械方法分层剥离。由于M?A键比M?X键具有更高的化学活性，可以通过化学刻蚀M?A键并辅助剥离方法获得单层/少层的MXenes材料。表面基团随机分布，对电化学性能有重要的影响。调控表面基团的种类和数量是当前研究的重要内容。本工作介绍了MXene相的基本结构，分析了相结构与性能的关系。总结了通过离子插入、热处理、表面改性、电极设计和元素掺杂等手段改善MXene相材料电化学性能的研究进展，简要介绍了MXenes与碳材料、氧化物、聚合物复合在超级电容器领域中的应用进展。对MXene相材料的结构、制备及电化学性能等方面进行了综述，指出了MXene相材料用于超级电容器领域存在的主要问题及未来的发展方向。     

电催化析氢催化剂研究进展

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。