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MXenes（过渡金属碳化物和氮化物）在过去的二十年里经历了指数级的增长 ， 这要归功于它们出色的物理、化学和机械性能 。 在保持柔韧性的同时具有高导电性、耐磨性和耐腐蚀性等耐人寻味的特性是探索MXenes的强大动力 。
康奈尔大学
此外 ， 大表面积和独特的层状结构增强了多层MXene异质结构和杂化物的功能 。 本文回顾了多层MXenes的合成化学、结构特性及其多功能应用 。 讨论了不同条件下的MXene合成、它们的杂化物和复合材料、插层和结构几何形状 。 简要介绍了MXene的电气、机械、光学和磁性特性 。 系统讨论了基于MXene的异质结构和纳米杂化物在超级电容器、电池、环境和水处理、抗菌和组织工程以及电磁吸收和屏蔽方面的最新进展和发展 。 最后 ， 针对潜在发展提出了该特定领域的研究挑战和前景 。
纳米技术的发展推动了21世纪高性能技术的快速发展 。 材料技术的非凡计算和实验进展为更好地理解事物铺平了道路 ， 并允许在分子和原子水平上修改材料特性 。 低维纳米材料正在加速具有低功耗和卓越性能的纳米器件的制造和商业化 。 纳米材料的范围从零维(0D)到三维(3D)结构 ， 即0D量子点、1D纳米线、2D纳米片和3D纳米球 。 自2004年二维石墨烯剥离成功以来 ， 二维纳米材料家族经历了巨大的进步 ， 二维纳米材料的不同多功能应用正在扩大 。 正在研究的著名二维纳米材料过渡金属二硫化物(TMD)、六方氮化硼(hBN)、磷烯、硅烯、二维卤化物钙钛矿纳米材料、二硫化钼(MoS2)、二维金属有机框架(MOF)纳米片以及过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes) 。 利用独特的结构特征和优异的物理化学、光学和磁性 ， 二维纳米材料已经显示出在各种应用中的前景 。 然而 ， 由于晶体结构和组成（即电介质、半导体或半金属）的变化 ， 这些特性令人惊讶地不同 。 超薄原子厚度赋予二维纳米材料优异的机械柔韧性和光学透明度 。 二维纳米材料结合了大横向尺寸、超高表面积和出色的导热性 ， 成为众多应用的理想选择 。 表面特性提供了充足的活性位点以增强与其他纳米材料和聚合物的相互作用以形成混合结构 。
自2011年在德雷克塞尔大学通过室温剥离Ti3AlC2发现MXenes以来 ， MXenes的研究兴趣与日俱增 。 由于过渡金属碳化物和氮化物包含60多个成员的材料家族 ， 该报告探索了理论上无限数量的MXene 。 丰富的表面终止基团 ， 即氧、羟基（-OH）和卤素（Fl、Cl）的存在 ， 赋予了MXenes优异的物理和化学性能以及易于加工的特性 。 MXene由多层夹层结构组成 ， 通常包含奇数层 ， 其中碳或氮层夹在金属之间 。 MXene以Mn+1XnTX形式表示 ， 其中包括过渡金属（M元素） ， 例如Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、碳和氮（X元素）以及功能性表面终止基团（TX元素） 。 独特的结构衍生特性 ， 如亲水性、反应性和高负ζ电位诱导稳定的胶体溶液 ， 结合电学、电化学、光电和磁学特性 ， 正在推动MXenes的理论和实验研究 。 通过使用自组装、聚合和共价功能化将MXene与兼容的纳米材料相结合 ， 表面特性允许形成基于MXene的多层混合结构 。 近年来 ， 人们对基于Mxenes的能源应用、传感器、催化剂、环境修复和水处理、光子学和光电子学、电磁干扰、焦耳加热和膜的发展进行了回顾和报道 。 然而 ， 尽管在上述大多数领域显示出令人兴奋的特性和应用 ， 但除超级电容器外 ， 用于多功能应用的基于MXene的异质结构和混合结构的工作尚未见报道 。 仔细审查基于多层MXene (ML-MXene)的异质结构和纳米杂化物对于了解该研究领域的趋势以及未来需要关注的领域以开发具有卓越稳定性和功能性的结构至关重要 。
这篇综述提供了对基于MXene的混合结构的结构-性能-应用关系的全面洞察 ， 并对MXenes进行了介绍性讨论 ， 以阐明开发背后的基本概念 。 工作的第一部分简要讨论了MXene及其混合结构的合成 。 随后的部分重点介绍了MXene的结构属性、MXene杂化物的几何形态以及对性能的影响 。 随后 ， 介绍了MXenes的特性 ， 即电气、机械、光学和磁性 。
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