MXene二维材料：表面化学驱动柔性储能与传感

MXene是一类二维过渡金属碳氮化物（如Ti₃C₂Tₓ），通过选择性蚀刻MAX相中的A层，如Al、Si）得到。其表面丰富的—OH、—F、—COOH官能团（统称Tₓ）使它不仅导电，还可与聚合物、离子液体强相互作用，是纳米材料中少有的"导电+亲水+可功能化"全能选手。

一、绿色合成与表面调控

传统HF蚀刻毒性高、表面态难控。近年LiF/HCl混合体系、熔盐法与超临界CO₂流体逐渐成熟：优化LiF/HCl比例可在35℃高效蚀刻Ti₃AlC₂，产率约90%；超临界流体可将制备速率提至1 kg/4小时，并保持—OH/—F/—COOH约1:1:1的平衡比例，显著提升稳定性。

二、性能与柔性储能

MXene导电率可达15000 S/cm，拉伸率超2000%。在微超级电容器（MSD）中，Ti₃C₂Tₓ基材料比容量可达896.8 F/cm³，并借助冰点降低电解质在−40℃仍保持稳定离子迁移；激光雕刻的MXene微超级电容器弯折2000次后电容保持率超85%，适用于可穿戴与柔性供能。

三、MXene-水凝胶复合

为解决MXene层状堆叠，研究者用冷冻干燥构建分级孔道（离子传输效率提升3倍以上），并以聚苯胺、氧化石墨烯或离子液体修饰形成三维网络。MXene-水凝胶兼具自修复、高拉伸与导电，是柔性微能源与传感一体化的关键材料体系。

四、挑战

MXene在湿度>60%环境中氧化速率约0.5 Å/年，导致电容衰减；溶液法成膜均匀性差异大。开发非氟化蚀刻（如Ti₃C₂Oₓ）与MXene@MOFs复合，是稳定化与高比容量的前沿方向。

柔性电子与新材料、关键战略材料交叉紧密，详见研究频道。