北京航空航天大學Materials Today Physics：基于MXenes傳感相關綜述論文

youyoucao 2年前 (2021-12-01) 4005瀏覽

近日，北京航空航天大學單光存教授團隊與西工大黃維院士合作在中科院1區期刊Materials Today: Physics 發表題為“Two-dimensional transition metal carbides and/or nitrides (MXenes) and their applications in sensors” 的長篇綜述。

圖1. 概述MXenes的制備，性質和傳感應用

自2011年，由美國德雷塞爾大學（Drexel University）Yury Gogotsi等人制備成功新的二維家族MXene引起了人們的廣泛關注。MXene是一類具有M_n+1X_nT_x元素構成的，其中M代表早期過渡金屬元素, X代表C或者N。T代表二維材料表面的基團(-O, OH, -H等)，n通常取值為1-3。MXene由于其獨特的結構和性能，在電子、能源等領域具有廣闊的應用前景。因此，新型二維材料的合成、性能和應用已成為科學技術領域中最令人興奮的領域之一。MXene具有獨特的物理化學性質，如金屬導電性、親水性、離子遷移率高、比表面積大、易于功能化和良好的生物相容性。這些獨特的性質為2D MXene材料在儲能、催化、傳感、電磁屏蔽、水凈化和透明導電膜等領域的廣泛應用提供了巨大的潛力。MXenes由于具有高的金屬導電性、親水性和較大的比表面積，在傳感器領域引起了廣泛的關注, 被認為是一種革命性的2D材料。MXenes有望超越現有傳感器技術的界限，并可作為替代傳感器材料使用。由于MXenes的基本特性滿足了對替代傳感器材料的要求，因此基于MXene的傳感器技術在過去幾年中一直在迅速發展也取得較大的進展。近年來，基于MXene的傳感器因其可以提高傳感器的性能而引起了越來越多的關注。

基于此，該綜述系統介紹了MXene材料的結構、主要合成方法和性能，總結了MXenes及其復合材料在壓力傳感器、應變傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、電化學（生物）傳感器和光學/光電傳感器的最新進展。討論了各種傳感器的傳感機理、制備方法、性能比較和應用領域，特別討論了提高傳感器性能的方法與策略。最后討論并展望未來的機遇和挑戰。該綜述論文分為三大部分：（1）MXenes的結構、制備和性能，包括MXenes結構?(如圖2)，MXene制備方法的最展進展(如圖3, 包括選擇性酸濕法刻蝕、無酸環境刻蝕、熔融鹽刻蝕、碳化、無水刻蝕和紫外線誘導刻蝕等)和MXense的性能分析。（2）MXenes在傳感器中的應用。（I）MXenes在壓力傳感器中的應用，總結了提高傳感器性能的方法與策略，如圖4所示。（II）MXenes在應變傳感器中的應用，如圖5所示。（III）MXenes在氣體傳感器中的應用,?如圖6所示。（IV）MXenes在濕度傳感器中的應用,?如圖7所示。（V）MXenes在溫度傳感器中的應用,?如圖8所示。（VI）MXenes在電化學(生物)傳感器中的應用,?介紹電化學（生物）傳感器，包括檢測H₂O₂、葡萄糖、全血、多巴胺、癌癥生物標記物、藥物、細胞、DNA和環境污染物的各種電化學（生物）傳感器,?如圖9-12所示。（VII）MXenes在光學／光電傳感器中的應用,?如圖13所示。（3）討論并展望未來的機遇和挑戰。

本文展望了MXenes在壓力傳感器、應變傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、電化學（生物）傳感器和光學/光電傳感器應用方面的前景與機遇。