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研究背景

MXene自2011年来首次被合成提出，经过十年的发展受到了广泛的关注，自2020年以来，MXene合成方案领域出现了一些新的突破，诸如无水蚀刻、卤素蚀刻和盐酸基水热刻蚀等新的合成方法相继提出，不仅如此，MXene在锌离子存储设备中的应用在过去两年中也取得了较大的进展，人们对MXene的锌离子存储机理的认识也发生了深刻的变化，其应用也变得多样化，目前在锌离子存储领域中的相关文章正处于爆发增长期，预示着MXene在高性能锌离子存储领域中具有巨大的发展潜力。

工作介绍

兰州大学材料与能源学院彭尚龙教授团队就MXene的合成发展以及其在锌离子存储中的应用进行了介绍，综述了MXene材料的制备和合成方法以及其在水系锌离子存储器件中的应用进展。文章对MXene的合成方法以及其在锌离子存储性能之间的对应关系进行了阐述，并详细总结了关于MXene三种不同类型的合成方案以及在锌离子存储应用中MXene的三类设计理念。尤其，对于MXene的合成，文章对已被广泛报道的传统合成方案进行了详细的总结，对其发展背景进行详细阐述以帮助了解其发展，并结合近两年新报道的合成方法，对MXene合成方案提供一个全新的划分框架。

此外，对于MXene在锌离子存储的应用，文章首先讨论了对MXene锌离子储存机制的认知变化，从最初传统所认为的锌离子表面吸脱附的存储机理到最新提出的卤素氧化还原机理以及高电位激活的嵌入、脱嵌存储机理，而后并对MXene锌离子应用的相关设计理念及其特点进行了深入讨论，详细阐述了包括纯MXene材料、MXene基衍生材料与MXene基杂化材料三类不同材料设计理念的策略思路以及特点评估。最后，对MXene在合成策略和水系锌离子储存应用方面的未来发展进行了全面展望。

图1 MXene的合成及其在锌离子储存中的应用示意图。

主要内容

1. 引言

传统化石燃料能源面临环境污染和能短缺的问题迫使人们追求更环保、更高效的新能源。如何有效地储存和转换能源是一个重要的问题。其中，以锂离子电池为主导的储能装置经过30年的发展已经商业化。然而，锂资源的缺乏和有机体系带来的不可避免的安全隐患限制了其进一步发展。在锂离子电池的替代品中，水性锌离子电池（ZIBs）和锌离子电容器（ZICs）等锌离子存储设备引起了广泛关注，不仅是因为水性系统的安全性和无毒性，还因为锌资源丰富，用作储能电极时具有优异的能量密度和功率密度。

考虑到离子电池和离子电容器之间的界限越来越小，从电极材料本身的角度进行讨论是一个很好的选择。目前，用于锌离子存储电极的大多数阴极材料仅在以下类别中，包括锰基化合物、钒基材料和普鲁士蓝基材料。尽管锰基材料的容量相对较高，但由于锰的溶解、锰氧化物的循环稳定性通常较差。钒氧化物具有较高的容量，但其导电性差、骨架脆弱和循环稳定性差，限制了其发展。普鲁士蓝材料具有良好的循环稳定性和较高的工作电压，但其容量通常较低（50~70 mAh g-1）。对于阳极材料，通常使用锌箔，伴随着锌枝晶和其他副反应等问题。因此，仍然迫切需要开发用于高性能锌储存的新型高稳定性材料。MXene为一种新型二维材料，是二维过渡金属碳氮化物、碳化物和氮化物的总称，通式为Mn+1XnTx（n=1,2,3,4），其中Tx是过渡金属M外侧的端盖表面基团，通过蚀刻剂蚀刻引入，主要包括-O、-OH、-F或-Cl等。MXene的物理性质优于大多数二维材料，拥有接近于石墨烯的电导率以及优异的机械性能，此外，MXene表面丰富的官能团使其具有高度亲水性，并且可以调节其在导体和半导体之间的切换，展示了其独特的电子性质和表面化学环境，MXene凭借许多独特的性质而在电化学储能领域大放异彩。

目前，已有多篇关于MXene在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器、电催化等方面应用的优秀综述，介绍了MXene的合成方案及其在不同领域的应用，为其进一步发展提供了重要指导，近两年来，相关领域的文章数量急剧增加。与之相比，对于水系锌离子电池，最常见的Ti3C2Tx MXene具有非常低的锌存储容量（ 评论: