自2011年发现以来，过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)因其独特的性质引起了人们极大的关注。形貌调控策略将二维MXene片材组装成三维结构，使所形成的多孔MXene在不同领域具有更好的性能。然而，多孔MXene与多功能和多通道电子器件集成的直接图案化策略仍然需要研究。
来自浙江大学等单位的研究人员提出的金属辅助电凝胶法可以直接制备具有可调特性的多孔结构的MXene水凝胶。通过电解牺牲金属，释放的金属阳离子启动了电凝胶化过程，在此过程中阳离子与MXene片层发生静电相互作用。利用这种方法，可以实现微米级的高空间分辨率，从而实现具有更复杂结构的高性能水凝胶。通过这种金属辅助电凝胶法制备的电子器件显示了多孔MXene在能源和生化传感领域的良好应用前景。电容为33.3mF cm−2的储能器件和生物化学传感器对代谢物表现出显著的电流响应(H2O2的灵敏度为165.6µA mM−1cm−2，DA的灵敏度为212nAµM−1cm−2)，这表明金属辅助电凝胶法将成为一种先进的MXEN基器件制造技术。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101374
本文提出了一种基于金属辅助电凝胶法的多孔MXene水凝胶的可控图案化策略。该方法不仅解决了目前多孔MXene水凝胶不能直接模式化的问题，而且为MXene在各种器件上的一步改性提供了一种新的思路。空间和分辨率可控的显著特点显示了这种方法的巨大优势，可以实现最小的水凝胶图案分辨率，甚至可以达到微米级的分辨率。当然，通过使用更复杂的金属图案化方法，如光刻，可以进一步提高MXene图案的分辨率。此外，多孔MXene的成功修饰对该方法在实际器件制造中的应用具有重要意义。用这种方法制备的超级电容器和生化传感器分别表现出良好的储能和检测性能，为该方法推广到其他多种多孔MXene器件提供了有力的支持。虽然金属辅助电凝胶法可以实现对多孔MXene的直接改性，但要充分利用MXene结构的比表面积改善特性，还需要进一步研究在多孔MXene上大量负载纳米粒子。
图1.多孔Ti3C2MXene水凝胶的可控构图
图2.多孔Ti3C2分子筛三维组装的机理研究
图3.使用电凝胶法进行图案分辨率的探索。
图4.多孔MXene水凝胶的应用
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