二維材料由于其獨特的電學、光學和機械性能，在儲能領域擁有巨大的潛力。繼石墨烯之后，一種新的二維金屬碳化物/氮化物（MXenes）在儲能領域引起了廣泛的關注。MXenes具有優(yōu)良的機械強度、高比表面積、高電導率、多種表面官能團的特點，同時也具備組分靈活可調，層數(shù)厚度可控等優(yōu)勢，在鋰離子電池，鋰硫電池等領域擁有巨大潛力。

近日，澳大利亞悉尼科技大學（UniversityofTechnologySydney）的汪國秀教授課題組在AdvancedEnergyMaterials上發(fā)表題為“2DMetalCarbidesandNitrides(MXenes)asHigh-PerformanceElectrodeMaterialsforLithium-BasedBatteries”的綜述，總結了MXenes的刻蝕方法、結構、物化性質以及其在鋰離子電池和鋰硫電池領域的應用，并對MXenes在儲能領域的研究提出了一些建議和展望。

作者首先總結了最常用的幾種濕法刻蝕MXenes的方法：（1）氫氟酸刻蝕層狀前驅物（MAX）；（2）強酸、氟化物鹽混合原位生成HF刻蝕層狀前驅物；（3）高濃度NaOH刻蝕層狀前驅物，制備MXenes。不同的制備條件會影響MXenes的物理性質、結構特征和表面官能團，較為溫和的刻蝕和剝落環(huán)境有利于大片層、少缺陷的MXenes的合成。氫氟酸刻蝕方法主要適用于含鋁的層狀前驅物，而強酸、氟化物鹽混合刻蝕方法使得陽離子（Li+等）和水分子能夠進入MXenes層間，降低層與層間的范德華力而促進剝離。比較而言，高濃度NaOH刻蝕層狀前驅物的方法提高了實驗安全性，且能夠得到不含氟官能團的MXenes。

MXenes的結構和物理性質，尤其是電學性質，決定了MXenes在鋰電池內的性能。文中概述了具不同表面官能團和不同組分元素的MXenes的結構特征和相關的電學特性，并且對相關特性可能對鋰電池性能的影響進行了分析。

隨后，作者就MXenes在鋰離子電池及鋰硫電池中的應用分別進行了詳細的回顧。由于MXenes及其衍生物具有良好的電學性能，單金屬層MXenes（如Ti2C，Ti3C2）以及雙金屬層MXenes（如Mo2TiC2，Mo2Ti2C3）在實際實驗和理論計算中都顯示了較好的電化學性能。然而，無明顯放電平臺，首周效率較低以及納米層容易堆疊的缺點影響了MXenes材料的進一步運用。為了揚長避短，將MXenes與其他材料（如金屬氧化物，金屬單質，硫化物，以及碳材料）復合作為鋰離子電極電極材料成為了研究熱點。在鋰硫電池中，通過實際實驗以及理論計算，MXenes表面的官能團具有吸附多硫化物的功能，從而抑制鋰硫電池中多硫化物的穿梭效應，提高鋰硫電池的電化學性能。因此，當MXenes被用作鋰硫電池正極硫載體、隔膜夾層、以及用于改善鋰金屬負極時，都顯著提升了電池性能。

MXenes具有優(yōu)異的導電性，高比表面積，能夠吸附多硫化物，抑制鋰負極枝晶生長等優(yōu)勢。然而，還有諸多問題有待研究者去進一步解決，比如如何合成單一表面官能團的MXenes。如何開發(fā)更加安全有效的刻蝕方法與合成方法。金屬離子與有機大分子是怎樣嵌入在MXenes層間的？同時也應該探索合成新型的MXenes材料（如Mo2B2，F(xiàn)e2B2等）。總的來說，MXenes用作下一代鋰離子電池與鋰硫電池電極材料還有很長的路要走。