Author Affiliations
Abstract
1 Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices, School of Physics and Electronics, Central South University, Changsha 410083, China
2 Key Laboratory of Hunan Province for Statistical Learning and Intelligent Computation, School of Mathematics and Statistics, Hunan University of Technology and Business, Changsha 410205, China
Two-dimensional (2D) nonlinear optical mediums with high and tunable light modulation capability can significantly stimulate the development of ultrathin, compact, and integrated optoelectronics devices and photonic elements. 2D carbides and nitrides of transition metals (MXenes) are a new class of 2D materials with excellent intrinsic and strong light-matter interaction characteristics. However, the current understanding of their photo-physical properties and strategies for improving optical performance is insufficient. To address this issue, we rationally designed and in situ synthesized a 2D Nb2C/MoS2 heterostructure that outperforms pristine Nb2C in both linear and nonlinear optical performance. Excellent agreement between experimental and theoretical results demonstrated that the Nb2C/MoS2 inherited the preponderance of Nb2C and MoS2 in absorption at different wavelengths, resulting in the broadband enhanced optical absorption characteristics. In addition to linear optical modulation, we also achieved stronger near infrared nonlinear optical modulation, with a nonlinear absorption coefficient of Nb2C/MoS2 being more than two times that of the pristine Nb2C. These results were supported by the band alinement model which was determined by the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) experiment and first-principal theory calculation. The presented facile synthesis approach and robust light modulation strategy pave the way for broadband optoelectronic devices and optical modulators.
MXenes optical properties modulation in situ growth carriers transfer nonlinear optical absorption Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 220162
1 1.西安石油大学 材料科学与工程学院, 西安 710065
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
Mxenes以其优异的比表面积、高导电率和组分可调性而受到广泛研究, 并用作高效锂离子电池的电极材料。然而, 其有限的存储容量以及锂离子扩散引起的剧烈晶格膨胀限制了MXenes作为电极材料的应用。本研究设计了具有代表性的MXene材料卤化(氟化、氯化或溴化)-Ti3C2。采用基于密度泛函理论的范德瓦耳斯修正的第一性原理计算方法研究了表面端基(T=F-、Cl-和Br-)修饰对锂离子电池中Ti3C2负极的原子结构、电学性质、力学性质以及电化学性能的影响。研究表明, Ti3C2T2单层具有良好的结构稳定性、力学性质和导电性质。相比Ti3C2F2和Ti3C2Br2, Ti3C2Cl2单层具有较大的弹性模量(沿二维薄膜两个方向的弹性模量分别为321.70和329.43 N/m)、较低的锂离子扩散势垒(0.275 eV)、开路电压(0.54 V)和较大的理论存储容量(化学计量比为Ti3C2Cl2Li6时达674.21 mA·h/g), 这表明Ti3C2Cl2单层作为锂电池电极具有良好的安全稳定性和充放电速率。此外, 端基氯化扩大了层间距, 进而提高了Ti3C2Cl2中锂离子的可穿透性和快速充放电速率。本研究表明, 表面氯化的Ti3C2纳米薄膜是一种很有前途的锂电池负极材料, 为其它的MXenes基电极材料设计与开发提供了重要的设计思路。
MXenes Ti3C2 表面端基修饰 第一性原理计算 锂离子电池负极 层间距 MXenes Ti3C2 surface end group modification first-principles calculation Li-ion battery anode interlayer spacing
二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)已成为二维材料中一个新兴的热点领域。MXenes材料具有优异的电子传递性能、出色的光热转换性能、较高的比表面积、良好的生物相容性和低毒性等特点, 在肿瘤诊疗中显示出良好的应用前景。本文简要总结了MXenes的制备方法, 包括氢氟酸法、氟盐法、熔融盐法、碱辅助水热法和化学气相沉积法, 及其稳定性、机械性质、光学性质和电学性质。重点综述了MXenes在肿瘤诊疗中的应用, 包括光热治疗、多模式联合治疗、构建MXenes表面介孔材料的联合治疗和MXenes主动靶向联合治疗, 以及建立MXenes诊断-治疗一体化平台。最后简要介绍了MXenes可能辅助肿瘤诊疗的其他特性及其应用, 并阐述了MXenes在肿瘤诊疗中存在的挑战以及未来发展前景。
MXenes 制备方法 肿瘤诊疗 联合治疗 综述 MXenes preparation method tumor theranostics combined therapy review
武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
二维材料以其丰富多样的性能受到广泛关注。该类材料具有极高的比表面积, 可以作为光催化剂和电催化剂, 在环境领域和可再生能源领域具有较大的开发和应用前景。本文综述了三种新型二维材料的结构性能, 即二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)、类石墨相氮化碳(g-C3N4)以及黑磷(BP)在光催化或电催化领域的研究进展及改性方式; 对二维材料催化性能的改性进行了总结, 并展望了今后的研究方向。
新型二维材料 光催化 电催化 过渡金属碳/氮化物 类石墨相氮化碳 黑磷 综述 novel two-dimensional materials photocatalysis electrocatalysis MXenes g-C3N4 black phosphorous review