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。

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。

随着可穿戴柔性电子技术的发展, 高灵敏度和宽感应范围的柔性力敏传感器的需求量逐渐增大, 如何选择兼具高导电性和良好柔性的材料作为传感器的敏感材料是获得高性能传感器的关键。近年来, MXene材料因其导电性好、柔韧性高、亲水性好以及合成可控等优点成为一种极具潜力的导电敏感材料。本文就MXene基柔性力敏传感器的类型、敏感材料的微结构设计方式、传感性能及传感机理等方面的研究进展进行了阐述和总结。