MXeny: Przestrajalna rodzina dwuwymiarowych węglików i azotków

Christopher E. Shuck and Yury Gogotsi

A. J. Drexel Nanomaterials Institute and Department of Materials Science and Engineering, Drexel University, Philadelphia, PA 19104, USA

gogotsi@drexel.edu

• Wprowadzenie
• Zastosowania MXenów
• Wnioski

Wprowadzenie

Materiały dwuwymiarowe (2D) były przedmiotem wielu badań ze względu na ich unikalne właściwości elektroniczne, optyczne i mechaniczne. Od czasu odkrycia niezwykłych właściwości fizycznych grafenu w 2004 roku, grupy badawcze na całym świecie koncentrują się na odkrywaniu, rozwoju i zastosowaniach materiałów 2D. Po opracowaniu grafenu zbadano wiele innych rodzin materiałów 2D, w tym niedawno odkryte struktury jednoelementowe (fosforeny (902896), stanen, silicen, germanen (906026) itp.) oraz znane związki dwuskładnikowe (BN (901349, 901410), dichalkogenki metali przejściowych (TMD) (901867, 901187, 902462, 903841), oxides, etc.) lub bardziej złożone kompozycje, takie jak gliny. W 2011 roku odkryto rodzinę przewodzących dwuwymiarowych węglików, azotków i węgloazotków, znanych jako MXenes.¹

MXeny są potencjalnie największą znaną obecnie klasą materiałów 2D, z ponad 30 różnymi typami (Rysunek 1) i setkami zbadanymi obliczeniowo in-silico. Co więcej, istnieje potencjał dla tysięcy dodatkowych członków tej rodziny, jeśli uwzględni się roztwory stałe.² MXeny mają ogólną strukturę M_n+1X_nT_x, gdzie M jest wczesnym pierwiastkiem przejściowym (Ti, V, Nb itp.), a X jest C i/lub N.), a X to C i/lub N, z n w zakresie 1-4.³ T_x reprezentuje zakończenia powierzchni (zazwyczaj -O, -OH i -F), z n+1 warstwami M pokrywającymi n warstw X w układzie [MX]_nM. Te przewodzące, hydrofilowe materiały ceramiczne 2D są syntetyzowane poprzez odgórne selektywne trawienie ich materiałów prekursorowych faz MAX (910740, 910767, 910775, 910759, 910821, 910708), zazwyczaj w postaci M_n+1AX_n, ale niektóre MXeny są syntetyzowane z różnych prekursorów, w tym M₂A₂X i M_n+1A_xX_n+x. Wykazano, że synteza MXenów jest łatwo skalowalna, bez zmiany właściwości wraz ze wzrostem wielkości partii.⁴ W tych przypadkach A to głównie Al, ale zastosowano również Si i Ga.² MXeny występują w wielu formach: pojedyncze struktury metaliczne (Ti₃C₂T_x, Ti₂CT_x, V₂CT_x itp.), uporządkowane podwójne MXeny metali przejściowych (tj, Mo₂Ti₂C₃T_x, Mo₂TiC₂T_x, Cr₂TiC₂T_x itp.), MXenów w stanie stałym (tj, Ti₂-_yV_yCT_x, Mo_4-yV_yC₃T_x, Ti_2-yNb_yCT_x) oraz uporządkowane diwakantowe MXeny (Mo_1.33CT_x, W_1.33CT_x, itd)_.² Rodzina MXene jest dość zróżnicowana, z materiałami, które można dostroić za pomocą różnych podejść, w tym modyfikacji liczby warstw atomowych (n), zmiany pierwiastków M lub X, dostosowania chemii powierzchni (T_x) poprzez obróbkę końcową lub podczas syntezy, wyboru rozmiaru MXenes i interkalacji różnych gatunków do struktury, wśród wielu innych podejść.²

Rysunek 1. Kompozycje MXene zgłoszone do tej pory. MXeny mają ogólną strukturę Mn+1XnTx, gdzie M jest wczesnym metalem przejściowym (Ti, V, Nb itp.), X jest C i/lub N, Tx są zakończeniami powierzchni (zazwyczaj -O, -OH, -Cl i -F), a n = 1-4. MXeny odkryte do tej pory obejmują MXeny mono-M, uporządkowane MXeny z podwójnym metalem przejściowym, MXeny w roztworze stałym i uporządkowane MXeny diwakantowe.³.

MXeny zazwyczaj występują w dwóch formach, wielowarstwowego proszku (ML) lub rozwarstwionych pojedynczych płatków. Aby zsyntetyzować proszek ML MXene, zwykle stosuje się wytrawiacze zawierające fluor (HF lub HF/HCl) w celu selektywnego usunięcia warstwy A (w większości przypadków Al). Aby przekształcić proszek ML w roztwór koloidalny z pojedynczym płatkiem, stosuje się interkalant (np, LiCl, wodorotlenek tetrametyloamonu (TMAOH), dimetylosulfotlenek (DMSO) itp.).⁵ Inne podejście, w którym prekursor jest jednocześnie wytrawiany i rozwarstwiany przy użyciu in-situ HF (HCl+LiF, NH₄HF₂ (455830), itp.).5 Ponieważ MXeny są syntetyzowane głównie w procesie topochemicznym w środowisku wodnym, zachowują one charakter hydrofilowy. Ze względu na tę hydrofilowość, MXeny mogą być przetwarzane przy użyciu standardowych technik opartych na roztworach (głównie na bazie wody), w tym filtracji próżniowej, powlekania natryskowego, powlekania zanurzeniowego, powlekania wirowego itp. Oprócz rozpuszczalników wodnych, MXeny tworzą stabilne roztwory koloidalne w polarnych rozpuszczalnikach organicznych, w tym dimetyloformamidzie (DMF), N-metylo-2-pirolidonie (NMP), węglanie propylenu (PC) i etanolu.⁶ Ze względu na ich szerokie możliwości dostosowywania (np, ) i przetwarzalności, MXeny znalazły już zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, w tym w urządzeniach do magazynowania energii, zastosowaniach biomedycznych, materiałach kompozytowych, urządzeniach elektrochromowych i niezliczonych innych zastosowaniach (Rysunek 2).

Rysunek 2. Dotychczas zbadane zastosowania i właściwości MXenów. Środkowy wykres kołowy przedstawia stosunek publikacji dotyczących każdego zastosowania/właściwości MXenów w odniesieniu do całkowitej liczby publikacji na temat "MXene" od 2011 r. do lutego 2019 r. na podstawie Web of Science. Środkowy pierścień wykresu kołowego, w kolorze podobnym do środkowego, pokazuje rok rozpoczęcia eksploracji każdego zastosowania/właściwości MXenes. Może istnieć jeden lub dwa artykuły opublikowane przed niektórymi z wymienionych lat; uznaliśmy rok z kilkoma ważnymi publikacjami za rok początkowy dla każdego wycinka. Zewnętrzny pierścień pokazuje stosunek publikacji tylko na temat Ti3C2Tx MXene do publikacji na temat wszystkich kompozycji MXene (M2XTx, M3X2Tx, M4X3Tx) i M5X4Tx).^2,7

Zastosowania MXenów

Pierwszym zastosowaniem MXenów były materiały magazynujące energię. Wykazano na przykład, że Ti₃C₂T_x ma pojemność objętościową do 1500 F cm-3.⁸ Biorąc pod uwagę tę właściwość, oczekuje się, że cieńsze (M₂XT_x) MXeny mogą mieć wyższą teoretyczną pojemność grawimetryczną. Znaczące prace koncentrowały się na wykorzystaniu różnych MXenów jako materiałów do magazynowania energii.⁹ W urządzeniach do magazynowania energii MXeny były stosowane jako elektrody w kondensatorach elektrochemicznych, mikro-superkondensatorach i bateriach, wykorzystujących Li-, Na-, Mg-, Al- i inne chemikalia, z szeroką gamą stosowanych elektrolitów, w tym wodnych (np.H₂SO₄, Li₂SO₄, KOH itp.) i niewodne organiczne (np, DMSO, PC, acetonitryl (ACN) itp.) (Rysunek 3), a także ciecze jonowe.^{2, 9-11} W zależności od zastosowanego układu elektrolitów, użyteczny zakres napięcia może wynosić od 0,5 do 3,0 V.2 Ze względu na dużą liczbę nieodłącznych chemikaliów dostępnych dla MXenów, wykonano znaczące prace w celu zbadania mechanizmów magazynowania ładunku różnych MXenów, a także sposobów dalszej optymalizacji materiałów. MXeny mają zazwyczaj pseudokapsułowy mechanizm magazynowania; jony przenikają między arkuszami MXenu, oddziałując z zakończeniami powierzchni na płaszczyźnie podstawowej. W zależności od użytych jonów, odstępy międzywarstwowe MXene można zmieniać, dostosowując je do wielkości jonów interkalujących.¹² Wreszcie, MXeny mają doskonałą cykliczność, bez zmiany pojemności zarejestrowanej po 10 000 cykli dla Ti₃C₂T_x w elektrolitach wodnych.¹¹ Zastosowanie metaloprzewodzących MXenów jako spoiw i kolektorów prądu w urządzeniach do magazynowania energii jest również bardzo obiecujące. Podczas gdy znaczna część badań nad MXenami koncentrowała się na możliwościach magazynowania energii, zbadano również szeroką gamę innych zastosowań.

Rysunek 3. Makroporowata elektroda Ti3C2Tx z 1 M LiTFSI w elektrolitach organicznych DMSO, ACN i PC. A), krzywe CV. OCV (oznaczone strzałkami) wynoszą -0,13 V (czarny), -0,32 V (niebieski) i -0,12 V (czerwony) względem AgCI odpowiednio dla elektrolitów na bazie DMSO, ACN i PC. B), Dane chronoamperometryczne zebrane przy zastosowanych maksymalnych potencjałach. C), dane EIS zebrane przy OCV. D), dane EIS zebrane przy maksymalnym ujemnym potencjale względem AgCI. Wstawki w C i D pokazują powiększone krzywe w zakresie wysokich częstotliwości; używają tych samych jednostek, co w C i D. E), Schemat superkondensatora wykorzystującego 2D MXene (różowy, Ti; cyjan, C; czerwony, O) jako elektrodę ujemną ze stanami rozpuszczonymi lub zdesolwatowanymi. Legenda dla elektrolitu: zielony, kation; pomarańczowy, anion; żółty, cząsteczka rozpuszczalnika.¹⁰

MXeny mają unikalne właściwości optyczne i zastosowania, takie jak urządzenia elektrochromowe, przezroczyste przewodniki, warstwy transportu elektronów itp. Zarówno grubość (n), jak i skład chemiczny wpływają na widma absorpcji optycznej, co oznacza, że różne MXene mogą być stosowane w oparciu o konkretne potrzeby optyczne. Na przykład wykazano, że Ti₃CNT_x wykazuje zależną od grubości nieliniową absorpcję nasyconą przy wysokich fluencjach światła, co czyni go użytecznym do blokowania modów w femtosekundowych laserach światłowodowych.¹³ Ponadto wykazano, że fotodioda oparta na Ti₃C₂T_x łamie symetrię czasowo-odwrotną, osiągając niewzajemną transmisję nanosekundowych impulsów laserowych.¹³ Ostatnio wykazano, że MXeny są przestrajalnymi materiałami elektrochromowymi; w zależności od zastosowanego polaryzacji, pik absorpcji optycznej Ti₃C₂T_x może być odwracalnie i kontrolowanie przesunięty o ponad 100 nm.¹⁴ Dodatkowo, MXeny zostały wykorzystane do powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana, z obliczonymi współczynnikami wzmocnienia sięgającymi 106, co prowadzi do możliwości ulepszonego biochemicznego wykrywania molekularnego.¹⁵ Ze względu na plazmoniczny charakter właściwości optycznych MXenów, jest prawdopodobne, że wkrótce znajdą one różnorodne zastosowania optyczne obejmujące szeroki zakres długości fal.

Ostatnio, znaczna uwaga została skupiona na elektronicznych i elektromagnetycznych właściwościach MXenów ze względu na ich wysoką przewodność elektryczną i przetwarzalność. Na przykład, niedawno wykazano, że Ti₃C₂T_x ma najwyższą skuteczność ekranowania zakłóceń elektromagnetycznych spośród wszystkich materiałów syntetycznych o porównywalnej grubości, warstwa 45 μm odpowiada 92 decybelom (dB), warstwa 2.5 μm daje 50 dB, a folia o grubości 50 nm daje 20 dB.¹⁶ Wykazano również, że MXeny mogą być stosowane jako natryskiwane elastyczne anteny i znaczniki identyfikacji radiowej (RFID) przy wymaganej grubości folii wynoszącej zaledwie ~100 nm.¹⁷ Niektóre podwójne MXeny (na bazie Mo, W, Ti, Zr i Hf) zostały zaproponowane jako izolatory topologiczne ze względu na możliwość jednoczesnego wykorzystania lekkich i ciężkich pierwiastków do dostrojenia struktury.¹⁸ Ponadto oczekuje się, że szereg MXenów (na bazie Cr-, Mn-, V- i Ti) będzie wykazywać właściwości ferromagnetyczne lub antyferromagnetyczne, w zależności od konkretnej chemii i zakończeń powierzchni.¹⁹ Ze względu na wysoką przewodność i funkcjonalizację powierzchni MXenów, możliwe jest wykorzystanie ich jako czujników gazu o bardzo wysokim stosunku sygnału do szumu i bardzo niskich granicach wykrywalności. Na przykład, granica wykrywalności dla Ti₃C₂T_x została obliczona na 0,011 i 0.13 ppb odpowiednio dla acetonu i amoniaku, co jest jednymi z najniższych wartości, jakie kiedykolwiek odnotowano.² Stwierdzono, że te czujniki gazu oparte na MXene przewyższają inne materiały 2D pod względem stosunku sygnału do szumu.²

Badano właściwości sprężyste Ti₃C₂T_x i stwierdzono, że moduł Younga pojedynczej warstwy Ti₃C₂T_x wynosi 0.33 TPa, co jest najwyższą wartością spośród wszystkich materiałów 2D przetwarzanych w roztworze (Rysunek 4).²⁰ Ze względu na te ekstremalne właściwości mechaniczne i w połączeniu z ich pożądanymi właściwościami optycznymi/elektronicznymi, MXeny są szeroko stosowane w kompozytach. Ostatnio opisano kompozyty o osnowie ceramicznej i metalowej. Ponadto, ponieważ MXeny są przetwarzalne w wodzie, kompozyty polimerowe są wytwarzane w rozpuszczalnikach polarnych; grupy badawcze stosowały różne polimery, w tym alkohol poliwinylowy (PVA) (363065, 563900, 341584), poliakryloamid (PAM) (92560 oraz 749222), polietylenoimina (PEI) (904759, 181978), glikol polietylenowy (PEG) (MM Cat. Nr kat. 8.18892) i inne systemy polimerowe.²¹ Kompozyty te zostały wykorzystane do różnych zastosowań, w tym do ekranowania zakłóceń elektromagnetycznych, elektrokatalizatorów, elektrochemicznych systemów magazynowania energii i wielu innych. Oprócz kompozytów polimerowych, heterostruktury zostały zsyntetyzowane w połączeniu z innymi materiałami 2D i 1D, w tym grafenem (900561, 763705, 777676), nanorurki węglowe (901046, 901082, 901056), tlenki metali przejściowych (TMO), dichalkogenki metali przejściowych (TMD) i inne.²² Oprócz kompozytów wytwarzanych z polimerów lub innych materiałów 2D, MXeny zostały również wykorzystane w inteligentnych tkaninach. Hydrofilowość MXenów umożliwia im łatwe powlekanie włókien naturalnych, takich jak bawełna i wełna, syntetycznych, takich jak poliester, oraz łączenie z innymi materiałami w celu przędzenia włókien.² Kompozyty te zostały wykorzystane jako dziane elastyczne superkondensatory do magazynowania energii, jako włókna przewodzące i jako inteligentne tekstylia do noszenia.² Tak więc, łącząc MXeny z innymi materiałami w celu utworzenia kompozytów, można zrealizować zalety obu materiałów. Duża różnorodność w rodzinie MXene, w połączeniu z różnorodnymi rodzinami materiałów, z którymi można je łączyć, prowadzi do ogromnej biblioteki możliwych systemów kompozytowych z możliwością wyboru określonych właściwości.

Rysunek 4. Pomiary mechaniczne jednowarstwowych i dwuwarstwowych płatków Ti3C2Tx. A) Bezkontaktowy obraz AFM jednowarstwowego płatka Ti3C2Tx umieszczonego nad układem mikrodołków w podłożu Si/SiO2. B,C) Profile wysokości wzdłuż B) przerywanych niebieskich i C) czerwonych linii pokazanych w A). D) Schemat nanoindentacji zawieszonej membrany Ti3C2Tx za pomocą końcówki AFM. E) Krzywe siła-odchylenie dwuwarstwowego (2L) płatka Ti3C2Tx przy różnych obciążeniach. Wstawka pokazuje obraz AFM pękniętej membrany. F) Porównanie krzywych obciążenia dla jednowarstwowych (1L) i dwuwarstwowych (2L) membran Ti3C2Tx. Średnica otworu wynosi 820 nm. G) Histogram sztywności sprężystej dla membran 1L i 2L. Linie ciągłe przedstawiają dopasowanie Gaussa do danych. H) Porównanie eksperymentalnych krzywych siła-ugięcie dla jednowarstwowego grafenu i membran Ti3C2Tx. I) Porównanie efektywnych modułów Younga dla kilku materiałów 2D: GO, rGO, MoS2, h-BN i grafenu. Wykres porównuje wartości uzyskane na membranach jednowarstwowych materiałów 2D w podobnych eksperymentach nanoindentacji.²⁰

Wiele grup badawczych zaczęło badać środowiskowe zastosowania MXenów, w tym separację gazów i oczyszczanie wody. Ze względu na morfologię warstw MXene, możliwe jest osiągnięcie przepuszczalności H₂ 2200 Barrer przy selektywności H₂/CO₂ 160.23 Wykazano również, że kationy (K⁺, Na⁺, Li⁺, Ni²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ i Al3+) mogą być selektywnie filtrowane z wody o wysokiej przepuszczalności poprzez zmianę odstępu międzywarstwowego folii MXene.24 Mo_1.33CT_x został przebadany pod kątem odsalania wody słonawej i morskiej, wykazując, że usuwanie jonów w stężeniach wody morskiej (600 mM NaCl) można osiągnąć przy niskim zużyciu energii (17 kT), czyli przy braku jakichkolwiek membran jonowymiennych.²⁵ Wykazano również, że Ti₃C₂T_x nadaje się do usuwania różnych jonów metali ciężkich, w tym Cr, Pb, Cu i innych ze stosunkowo wysoką wydajnością.²⁶ Podczas gdy badania w tym kierunku są stosunkowo nowe, MXeny wykazały potencjał do odegrania głównej roli w przyszłych wysiłkach na rzecz ochrony środowiska.

MXeny znalazły obiecujące zastosowanie w biomedycynie, w tym w biosensorach, materiałach antybakteryjnych, w bioobrazowaniu, jako środki terapeutyczne i w teranostyce (Rys. 5).²⁷ Większość zastosowań biomedycznych koncentruje się na MXenach na bazie Ti, Nb i Ta ze względu na ich nietoksyczny charakter. Nie zaobserwowano cytotoksyczności Ti₃C₂T_x do tej pory. Wykonano wiele różnych biosensorów, koncentrując się na wykrywaniu małych cząsteczek, w tym NH₃, H₂O₂, glukozy, a nawet metali ciężkich. Stwierdzono również, że Ti₃C₂T_x nadaje się do zabijania komórek w terapii fotodynamicznej typu I. MXeny mogą również hamować wzrost bakterii poprzez nakładanie stresu oksydacyjnego na błony komórkowe bakterii. Ze względu na właściwości optyczne charakterystyczne dla MXenów (tj. specyficzne widma absorpcji zależą od składu chemicznego MXenów), mogą one być wykorzystywane do bioobrazowania (zarówno do obrazowania fotoakustycznego, jak i luminescencyjnego) lub jako środki kontrastujące w tomografii komputerowej. MXeny były również stosowane jako środki terapeutyczne do generowania reaktywnych form tlenu, jako materiały fototermiczne oraz do ładowania ładunków leków w celu synergistycznej terapii (teranostyka). Dwa inne ważne zastosowania medyczne MXenów obejmują sorbenty do usuwania mocznika i innych toksyn z krwi,²⁸ a także elektrody wszczepialne i skórne.^29-30 Podczas gdy zastosowania MXenów w dziedzinie biomedycyny są wciąż stosunkowo nowe, zakres już przeprowadzonych badań ilustruje różnorodność i obietnicę tej rodziny dla przyszłych prac.

Rysunek 5. Schematyczna ilustracja procesu wytwarzania kompozytowych nanocząstek Ta4C3-IONP-SPs i ich unikalnej funkcjonalności dla dwumodalnej ablacji fototermicznej raka piersi ze wzmocnieniem kontrastowym w obrazowaniu MRI/CT.³¹

Wnioski

Unikalne właściwości elektroniczne, optyczne, chemiczne i mechaniczne MXenów w połączeniu z łatwością przetwarzania pomogły zademonstrować ich ogromną obietnicę zrewolucjonizowania wielu dziedzin. Podczas gdy początkowo badania nad MXenami koncentrowały się na magazynowaniu energii, obszar ich potencjalnych zastosowań poszerzył się o dziedziny od inteligentnych tekstyliów po medycynę, komunikację, czujniki gazu i urządzenia elektrochromowe, a także remediację środowiska. Biorąc pod uwagę rosnącą liczbę dostępnych odkrytych MXenów, dalszą kontrolę nad chemią powierzchni, lepsze fundamentalne zrozumienie właściwości i postępy w przetwarzaniu MXenów, prawdopodobne jest, że odkryte zostaną również liczne nowe zastosowania MXenów.

Referencje

1. Naguib M, Kurtoglu M, Presser V, Lu J, Niu J, Heon M, Hultman L, Gogotsi Y, Barsoum MW. 2011. Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2. Adv. Mater.. 23(37):4248-4253. https://doi.org/10.1002/adma.201102306

2. Anasori B, Gogotsi Y. 2019. 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes). https://doi.org/10.1007/978-3-030-19026-2

3. Deysher G, Shuck CE, Hantanasirisakul K, Frey NC, Foucher AC, Maleski K, Sarycheva A, Shenoy VB, Stach EA, Anasori B, et al. 2020. Synthesis of Mo4VAlC4 MAX Phase and Two-Dimensional Mo4VC4 MXene with Five Atomic Layers of Transition Metals. ACS Nano. 14(1):204-217. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07708

4. Shuck CE, Sarycheva A, Anayee M, Levitt A, Zhu Y, Uzun S, Balitskiy V, Zahorodna V, Gogotsi O, Gogotsi Y. 2020. Scalable Synthesis of Ti 3 C 2 T x MXene. Adv. Eng. Mater.. 22(3):1901241. https://doi.org/10.1002/adem.201901241

5. Alhabeb M, Maleski K, Anasori B, Lelyukh P, Clark L, Sin S, Gogotsi Y. 2017. Guidelines for Synthesis and Processing of Two-Dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx MXene). Chem. Mater.. 29(18):7633-7644. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b02847

6. Maleski K, Mochalin VN, Gogotsi Y. 2017. Dispersions of Two-Dimensional Titanium Carbide MXene in Organic Solvents. Chem. Mater.. 29(4):1632-1640. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b04830

7. Gogotsi Y, Anasori B. 2019. The Rise of MXenes. ACS Nano. 13(8):8491-8494. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06394

8. Lukatskaya MR, Kota S, Lin Z, Zhao M, Shpigel N, Levi MD, Halim J, Taberna P, Barsoum MW, Simon P, et al. 2017. Ultra-high-rate pseudocapacitive energy storage in two-dimensional transition metal carbides. Nat Energy. 2(8): https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.105

9. Anasori B, Lukatskaya MR, Gogotsi Y. 2017. 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage. Nat Rev Mater. 2(2): https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.98

10. Wang X, Mathis TS, Li K, Lin Z, Vlcek L, Torita T, Osti NC, Hatter C, Urbankowski P, Sarycheva A, et al. 2019. Influences from solvents on charge storage in titanium carbide MXenes. Nat Energy. 4(3):241-248. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0339-9

11. Peng Y, Akuzum B, Kurra N, Zhao M, Alhabeb M, Anasori B, Kumbur EC, Alshareef HN, Ger M, Gogotsi Y. All-MXene (2D titanium carbide) solid-state microsupercapacitors for on-chip energy storage. Energy Environ. Sci.. 9(9):2847-2854. https://doi.org/10.1039/c6ee01717g

12. Simon P. 2017. Two-Dimensional MXene with Controlled Interlayer Spacing for Electrochemical Energy Storage. ACS Nano. 11(3):2393-2396. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01108

13. Dong Y, Chertopalov S, Maleski K, Anasori B, Hu L, Bhattacharya S, Rao AM, Gogotsi Y, Mochalin VN, Podila R. 2018. Saturable Absorption in 2D Ti3C2MXene Thin Films for Passive Photonic Diodes. Adv. Mater.. 30(10):1705714. https://doi.org/10.1002/adma.201705714

14. Salles P, Pinto D, Hantanasirisakul K, Maleski K, Shuck CE, Gogotsi Y. 2019. Electrochromic Effect in Titanium Carbide MXene Thin Films Produced by Dip?Coating. Adv. Funct. Mater.. 29(17):1809223. https://doi.org/10.1002/adfm.201809223

15. Sarycheva A, Makaryan T, Maleski K, Satheeshkumar E, Melikyan A, Minassian H, Yoshimura M, Gogotsi Y. 2017. Two-Dimensional Titanium Carbide (MXene) as Surface-Enhanced Raman Scattering Substrate. J. Phys. Chem. C. 121(36):19983-19988. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b08180

16. Shahzad F, Alhabeb M, Hatter CB, Anasori B, Man Hong S, Koo CM, Gogotsi Y. 2016. Electromagnetic interference shielding with 2D transition metal carbides (MXenes). Science. 353(6304):1137-1140. https://doi.org/10.1126/science.aag2421

17. Sarycheva A, Polemi A, Liu Y, Dandekar K, Anasori B, Gogotsi Y. 2018. 2D titanium carbide (MXene) for wireless communication. Sci. Adv.. 4(9):eaau0920. https://doi.org/10.1126/sciadv.aau0920

18. Khazaei M, Ranjbar A, Arai M, Sasaki T, Yunoki S. Electronic properties and applications of MXenes: a theoretical review. J. Mater. Chem. C. 5(10):2488-2503. https://doi.org/10.1039/c7tc00140a

19. Kumar H, Frey NC, Dong L, Anasori B, Gogotsi Y, Shenoy VB. 2017. Tunable Magnetism and Transport Properties in Nitride MXenes. ACS Nano. 11(8):7648-7655. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b02578

20. Lipatov A, Lu H, Alhabeb M, Anasori B, Gruverman A, Gogotsi Y, Sinitskii A. 2018. Elastic properties of 2D Ti3C2TxMXene monolayers and bilayers. Sci. Adv.. 4(6):eaat0491. https://doi.org/10.1126/sciadv.aat0491

21. Hong Ng VM, Huang H, Zhou K, Lee PS, Que W, Xu JZ, Kong LB. Recent progress in layered transition metal carbides and/or nitrides (MXenes) and their composites: synthesis and applications. J. Mater. Chem. A. 5(7):3039-3068. https://doi.org/10.1039/c6ta06772g

22. Pomerantseva E, Gogotsi Y. 2017. Two-dimensional heterostructures for energy storage. Nat Energy. 2(7): https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.89

23. Ding L, Wei Y, Li L, Zhang T, Wang H, Xue J, Ding L, Wang S, Caro J, Gogotsi Y. 2018. MXene molecular sieving membranes for highly efficient gas separation. Nat Commun. 9(1): https://doi.org/10.1038/s41467-017-02529-6

24. Ren CE, Hatzell KB, Alhabeb M, Ling Z, Mahmoud KA, Gogotsi Y. 2015. Charge- and Size-Selective Ion Sieving Through Ti3C2Tx MXene Membranes. J. Phys. Chem. Lett.. 6(20):4026-4031. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b01895

25. Srimuk P, Halim J, Lee J, Tao Q, Rosen J, Presser V. 2018. Two-Dimensional Molybdenum Carbide (MXene) with Divacancy Ordering for Brackish and Seawater Desalination via Cation and Anion Intercalation. ACS Sustainable Chem. Eng.. 6(3):3739-3747. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b04095

26. Wu Y, Pang H, Liu Y, Wang X, Yu S, Fu D, Chen J, Wang X. 2019. Environmental remediation of heavy metal ions by novel-nanomaterials: A review. Environmental Pollution. 246608-620. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.12.076

27. Huang K, Li Z, Lin J, Han G, Huang P. Two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) for biomedical applications. Chem. Soc. Rev.. 47(14):5109-5124. https://doi.org/10.1039/c7cs00838d

28. Meng F, Seredych M, Chen C, Gura V, Mikhalovsky S, Sandeman S, Ingavle G, Ozulumba T, Miao L, Anasori B, et al. 2018. MXene Sorbents for Removal of Urea from Dialysate: A Step toward the Wearable Artificial Kidney. ACS Nano. 12(10):10518-10528. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b06494

29. Driscoll N, Richardson AG, Maleski K, Anasori B, Adewole O, Lelyukh P, Escobedo L, Cullen DK, Lucas TH, Gogotsi Y, et al. 2018. Two-Dimensional Ti3C2 MXene for High-Resolution Neural Interfaces. ACS Nano. 12(10):10419-10429. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b06014

30. Driscoll N, Maleski K, Richardson AG, Murphy B, Anasori B, Lucas TH, Gogotsi Y, Vitale F. Fabrication of Ti₃C₂ MXene Microelectrode Arrays for In Vivo Neural Recording. JoVE.(156): https://doi.org/10.3791/60741

31. Liu Z, Lin H, Zhao M, Dai C, Zhang S, Peng W, Chen Y. 2018. 2D Superparamagnetic Tantalum Carbide Composite MXenes for Efficient Breast-Cancer Theranostics. Theranostics. 8(6):1648-1664. https://doi.org/10.7150/thno.23369