Mxenesの合成と開発の10年間の進歩

2011年の発見以来、2D遷移金属炭化物と窒化物（Mxenes）の数は着実に増加しています。現在、40 mxene組成が存在しています。究極の数ははるかに大きく、やがて既知の2D材料の最大ファミリーに発展する可能性があります。Mxenesの独自の特性は、約20 000秒cm-1に達する金属のような電気伝導率により、エネルギー貯蔵、光電子、生物医学、通信、環境など、多数のアプリケーションで非常に役立ちます。公開されたMxene論文と特許の数は急速に増加しています。最初のMxene生成は、最大相からの金属層の選択的エッチング、層状の遷移金属炭化物、およびヒドロフルオロ酸を使用した炭酸化物を使用して合成されます。それ以来、フッ化物塩とさまざまな酸、非水エッチャント、ハロゲン、溶融塩の混合物での選択的エッチングなど、複数の合成アプローチが開発され、表面化学をよりよく制御できる新しいMxenesの合成を可能にします。ここでは、MXENE研究の最初の10年間の簡単な歴史的概要と、それらの統合と将来の開発に関する視点が提供されます。それらの生産が水性環境で容易にスケーラブルであるという事実は、高収量が商業化のために良い前兆です。

Since their discovery in 2011, the number of 2D transition metal carbides and nitrides (MXenes) has steadily increased. Currently more than 40 MXene compositions exist. The ultimate number is far greater and in time they may develop into the largest family of 2D materials known. MXenes' unique properties, such as their metal-like electrical conductivity reaching ≈20 000 S cm-1 , render them quite useful in a large number of applications, including energy storage, optoelectronic, biomedical, communications, and environmental. The number of MXene papers and patents published has been growing quickly. The first MXene generation is synthesized using selective etching of metal layers from the MAX phases, layered transition metal carbides and carbonitrides using hydrofluoric acid. Since then, multiple synthesis approaches have been developed, including selective etching in a mixture of fluoride salts and various acids, non-aqueous etchants, halogens, and molten salts, allowing for the synthesis of new MXenes with better control over their surface chemistries. Herein, a brief historical overview of the first 10 years of MXene research and a perspective on their synthesis and future development are provided. The fact that their production is readily scalable in aqueous environments, with high yields bodes well for their commercialization.