(3) 磁特性
一些MXene具有良好的铁磁性。Shein等人的研究表明,反铁磁基态使在 Tin+1Xn晶体一端的原子具有瞬时自旋磁性,在另一端的Ti原子则表现出反铁磁性,而晶体内部的Ti原子继续保持非磁性[[[] Khazael M,Aral M,Sasaki T,et al。Novel Electronic and Magnetic Properties of Two-Dimensional Transition Metal Carbides and Nitrides[J]。Adv Funct Mater,2012,23(17):2815-192。]]。由于MXene表面存在-OH、-F等官能团,MXene的电子性质也可能会发生变化,可以通过适当的表面改性及控制改性的种类和程度来获得具有磁性的MXene材料。
(4)热稳定性
通过理论计算发现,当n的值增大时,其所对应的Tin+1Cn的稳定性会随之增大[[[]Shein I R,Ivanovskii A L。 Planar nano⁃block structures Ti n+1 Al 0。5 Cn and Ti n+1 C n (n=1, and 2)from MAX phases: Structural, electronic properties and relative stability from first principles calculations[J]。Superlattices and Microstructures,2012,52(2):147-157。]]而MXene的形成能却会减小,同时相同情况下,Tin+1Nn的形成能将比Tin+1Cn更高,这意味着含碳MXene的稳定性相较于含氮MXene要更好。论文网
(5)电学及光学特性
MXene晶体结构相比其他晶体可以说是相对简单的,但其合成方法却还是有一定的难度。所以很多研究人员先利用第一性原理来计算这种二维材料的性能,并通过密度泛函理论来计算其电子的能带结构和电子密度。
lachgari等人[[[] Lashgari H,Abolhassani M,Boochani A,et al。Electronic and optical properties of 2D graphene⁃like compounds titanium carbides and nitrides: DFT calculations[J]。 Solid State Communications, 2014, 195: 61-69。]] 通过密度泛函理论的第一性原理研究了Tin+1Xn(X = N,C;N = 1,2)的电子和光学性能。研究结果显示,Tin+ 1Xn的金属性能要优于Tin + 1Cn,而Tin + 1Xn的费米能级密度却会随着层数的增加而减小,其原因是因为N原子比C原子要多出一个电子。通过介电函数,能量损失函数,吸收光谱和电阻率等多种理论结合,可以用平面波方法计算Tin + 1 Xn的极化电场E//X E//Z,并且能够模拟出光学曲线。通过分析这些产物在能量损失函数中的等离子体峰我们可以得出结果:相对于E//Z来说,E//X在电子伏特低于1时它的反射率将达到100%。
1。1。3 MXene材料的应用
(1) 储能方面
近几年,MXene作为一种储能材料被用于电池、电容制备。在锂离子电池(LIBS),电化学电容器,和燃料电池领域中都将是MXene大显身手之地[[[] Lukatskaya M R,Mashtalir O,Ren C E,et al。 Cation intercalation and high volumetric capacitance of two⁃dimensional titanium carbide[J]。Science, 2013,341(6153):1502-1505。]]。当其应用于锂电池电极材料中时,Ti3C2插层后所能储存的容量比插层前明显要高。在1GPa的情况下,当Ti3C2、Nb2C作为锂离子电池负极材料,他们的初始表面能为15、16mA•H/cm2,经历过50次的充放电之后,两者的表面能变为15。9、16。7mA/cm2,相比前者改变了改变了14%,这组数据说明MXene可以被用来制备高负荷的电极材料[[[] Kim S J,Naguib M,Zhao M,et al。 High mass loading, binderfree MXene anodes for high areal capacity Li⁃ion batteries[J]。Electrochimica Acta,2015,163:246-251。]]。在酸性电解质环境中,通过插层或分层研究Ti3C2表面化学改性对电容的影响。 Ti3C2Tx的分层增加了MXene的比表面积,而表面含氧官能团的存在也增加了电容,使其电容在2 mV/s时高达520 F /立方厘米。
(2)催化领域
TI3C2和Ti2C表面都因HF酸剥蚀而含有羟基,这使其化学活性相对较高,能够与-CH2、-OH发生取代反应,这种特性说明MXene可被用于催化酯化领域。Li等人[[[] Li X, Fan G, Zeng C。 Synthesis of ruthenium nanoparticles deposited on graphene⁃like transition metal carbide as an effective catalyst for the hydrolysis of sodium borohydride [J]。International Journal of Hydrogen Energy,2014,39( 27 ):14927-14934。]]用负载Ru的Ti3C2X2催化NaBH 4水解制得氢气。结果表明,Ru / Ti3C2X 2在催化领域有着优异的表现。Wang等人[[[] Wang F, Yang C,Duan C,et al。 An organ⁃like titanium carbide material(MXene)with multilayer structure encapsulating hemoglobin for a mediator⁃free biosensor[J]。Journal of the Electrochemical Society,2014, 162(1):B16-B21。]]将H2O2作为探针使用,研究并发现全氟磺酸/血红蛋白/ Ti3C2 /玻碳电极中的由于含有Ti3C2混合物而使血红蛋白具有较高的催化活性。这一系列的研究都表明,不管电化学生物传感器、环境分析还是生物医学检测等领域,Ti3C2都将占有一席之地并且还有更多特性留待探索。文献综述