(问题)作为近年备受关注的二维材料体系之一,MXene凭借高导电性、可调控的层状结构以及多样的表面化学特征,被认为储能、电磁屏蔽与催化等领域具有应用潜力。但从实验室走向规模化应用,制备环节的瓶颈一直存在:少层MXene通常依赖含氟、腐蚀性强的试剂,流程复杂、技术门槛高,既推高成本,也带来安全与环保压力。同时,传统方法制得的MXene多呈表面负电特性,在界面耦合、吸附分离及部分电化学过程中适配性不足,难以满足不同应用对电荷状态与表面化学的差异化需求。 (原因)业内分析认为,问题的根源在于传统刻蚀与剥离路线对强腐蚀化学体系的依赖,以及由此带来的表面终止基团与电荷状态的“路径依赖”。在既定化学环境下,材料表面容易形成带负电的官能团分布,虽然有利于分散与加工,却在吸附选择性、离子迁移通道构建以及多材料复合界面稳定性诸上形成限制。也就是说,制备路线不仅影响产率与成本,还会源头上限定材料的性能边界。 (影响)记者从天津大学获悉,杨全红教授团队提出一种基于深共晶溶剂的制备策略,实现少层正电MXene的一步制备,并完成材料体系拓展与性能验证。该方法以成本更可控、操作性更强的溶剂体系替代传统含氟试剂,减少污染风险并简化工序,有望提升制备效率与一致性。更受关注的是,团队实现了MXene表面电荷由负转正的调控。电荷“翻转”意味着材料在溶液中的相互作用方式发生变化,可在吸附过程、储锂界面反应以及催化活性位点利用等上带来新的性能组合,从而拓展其柔性电子器件、智能电磁屏蔽与复合材料构筑等方向的应用空间。有关成果近日发表于国际学术期刊《自然-合成》。 (对策)面向产业化需求,业内普遍认为,新路径的关键不止是“做出来”,更在于能否稳定、可复制、可放大。下一步需要在原料适配、连续化制备、溶剂体系循环利用、质量评价标准与安全规范等环节同步推进:一上通过过程控制与标准化检测,提升少层片径分布、表面基团组成与电荷稳定性的批次一致性;另一方面围绕应用端建立“材料—器件—系统”的联动验证机制,使材料指标能够与电池、电磁屏蔽构件或催化反应器等工程指标形成可对接的评价体系。 (前景)“双碳”目标驱动下,新型储能被视为能源结构调整的重要支点。关键材料的绿色制造与性能升级,是贯通“基础研究—工程放大—产业应用”的核心环节。杨全红表示,面向新型电池等新赛道布局,关键新材料的突破至关重要。受访专家认为,若该绿色制备路线在规模化、成本与一致性上继续验证成熟,有望为我国在新型电池、柔性电子、电磁防护以及未来储能技术等领域提供材料层面的支撑。
新材料的价值,不仅在于实验室里“做得出”,更在于产业链上“用得起、用得稳、用得绿色”;围绕MXene的此新进展,体现出我国基础研究直面应用需求、聚焦关键瓶颈的攻关思路。随着绿色制备与可控调性路径逐步明确,二维材料有望在新型储能与先进电子器件等领域释放更大潜力,为高质量发展提供更扎实的材料支撑。