我们看到的宏观世界中的物体，一般由三维材料构成。将三维材料沿一个平面减薄到纳米尺度，就成了二维材料。在石墨烯(Graphene)横空出世之前，人们一度认为二维晶体不能在自然界中稳定存在。石墨烯不仅结构稳定，还是最薄、强度最大、导热导电性能优异的“全能新材料”，因而在世界范围内掀起了一股研究热潮，并极大地推动了二维材料的发展。MXene是一类新型碳/氮化物二维纳米层状材料，于2011年首次报道，并很快在二维材料乃至纳米材料领域引发广泛关注。
MAX相是一类三元层状化合物的总称，通式为Mn+1AXn，其中M代表过渡族金属元素，A主要指IV族元素，X为碳和/或氮；n一般为1、2、3，分别对应于211、312、413型MAX相。目前已有超过60种的MAX相见诸报道。另外MAX相之间可以形成固溶体，进一步提升了MAX相的数量。2011年，科学家通过使用氢氟酸选择性刻蚀去除层状三元陶瓷MAX相中的金属层，制备出功能化的过渡族金属碳化物纳米片，即MXene。MXene由于是从MAX相刻蚀掉A原子层而来(MX)，且具有与石墨烯相似的结构，因此被命名为MXene。研究表明，MXene具有优异的导电性和电化学能量存储等性能，而且其多元的元素组成、可调的表面结构以及众多的刻蚀来源，使其在复合材料、润滑材料、吸附材料、催化材料、储能材料、薄膜材料、抗菌杀菌材料、电磁屏蔽材料等领域展现出可观的应用价值。
MXene的结构与其前驱体MAX相一致，均为六方晶体，同属于P63/mmc空间群。在MAX相中，M原子和X原子以共价键的方式连接为MX6八面体，X原子位于该八面体的中心。由于A原子的活性较高，键能较小，可采用化学刻蚀法将A层原子有选择性地去除，而不破坏M-X键，从而获得二维层状堆垛排列的结构，即为MXene。采用液体刻蚀法制备的MXene表面活性极高，能迅速与溶液中的水、氟离子、氧等发生反应，以降低整个体系的能量，所以MXene的表面一般含有-OH、-F和=O等官能团(Advanced Materials, 2011, 23(37): 4248)。
目前MXene只能采用化学刻蚀的方法制备。但是值得欣喜的是，由于MXene层片间主要以范德华力结合，通过插层和随后的液相超声或球磨，能剥落MXene成为片状材料(Nanosheets)。剥落的片状材料，显示出十分优异的嵌脱锂/钠/镁/铝以及吸附重金属离子的性能，有望在二次电池（锂离子电池、钠离子电池等等）和环境净化（如水中重金属的处理）方面取得突破。
东南大学材料科学与工程学院“千人专家”孙正明教授团队的博士生郑伟全面调研了国内外关于MXene的研究前沿，撰写了《二维纳米材料MXene的研究进展》一文，对MXene的制备、结构和性能展开了详细的讨论，并对MXene在复合材料、润滑材料、吸附和光催化材料、储能材料、薄膜材料等多个领域中的应用前景进行了展望。该文系《材料导报》2017年特别策划的“二维材料”专题中的重点文章之一，将刊登在第31卷第5期综述篇上。
我们近期会在杂志社微信公众号“cailiaodaobao”以及官方网站http://www.mat-rev.com上陆续介绍“二维材料”专题亮点文章，敬请广大学界专家和师生予以关注。
