摘要：MXene 是一类二维过渡金属碳化物、氮化物及碳氮化物，因其优异的电化学性能被广泛应用于能源存储、电催化及光电子器件等领域。近期，MXene材料的研究又取得了重大突破，如首次制备得到具有HER性能的钨基MXene。本期小丰整理了3篇MXene最新的研究进展，一
MXene 是一类二维过渡金属碳化物、氮化物及碳氮化物，因其优异的电化学性能被广泛应用于能源存储、电催化及光电子器件等领域。近期，MXene材料的研究又取得了重大突破，如首次制备得到具有HER性能的钨基MXene。本期小丰整理了3篇MXene最新的研究进展，一起看下吧~
Nature Synthesis：新型二维钨基MXene材料用于电解水制氢
电解水制氢（HER）是获取“绿氢”的核心技术，但现有贵金属催化剂（如铂）成本高昂，难以大规模应用。科学家们将目光投向二维材料MXene。目前已合成的 MXene 主要来源于 MAX 相前驱体，而钨基 MAX 相由于计算预测的不稳定性，导致钨基 MXene 的可控合成极具挑战性。因此，寻找合适的合成策略以制备高效 HER 催化剂仍面临诸多挑战。
2025年3月28日，期刊Nature Synthesis报道研究人员利用理论计算指导精准蚀刻共价键合的钨层，获得原子级有序的W₂TiC₂Tₓ MXene，解决层间剥离难题。
在该项工作中，研究人员通过DFT计算预测(W,Ti)₄C₄₋y中钨层的蚀刻可行性，发现铝过量掺杂（2Al-前驱体）能减少氧杂质，促进选择性蚀刻。他们从非MAX层状碳化物(W,Ti)4C4-y前驱体中，通过HCl-LiF选择性刻蚀共价键合的钨层，合成了有序双过渡金属MXene（W2TiC2Tx）。
研究表明，剥离的W2TiC2TxMXene 具有优异的 HER 性能，其在 10 mA cm-²电流密度下的过电位仅为144 mV，远优于现有的 W1.33CtX MXene。DFT表明，钨钛混合表面（W-Ti 3配位位点）的氢吸附自由能（ΔGad=-0.37 eV）接近热中性，优于纯钨表面（ΔGad=-1.79 eV）。此外，该材料在室温下具有高电导率427 S cm-¹，符合变程跳跃模型（VRH），表明层间电子传输主导。在800 nm飞秒激光下显示出反饱和吸收行为，该材料的高导电性和稳定性使其在光电子和激光应用中也表现出潜在价值。
本研究突破了MXene传统合成范式，为构筑高效 HER 催化剂及新型 2D 材料提供了新的思路。
文献名称：Synthesis of a 2D tungsten MXene for electrocatalysis
Advanced Functional Materials：高空气稳定性MXene生物界面薄膜电极
MXene展现出优异的离子-电子双重导电机制，成为大有前景的生物界面电极候选材料。然而，MXene片层上暴露的Ti原子在空气中易氧化，导致严重降解，阻碍了在生物电子材料领域的应用。
2025年2月16日，期刊Advanced Functional Materials报道研究人员制备了一种还原氧化石墨烯（rGO）保护的新型MXene薄膜（即rGM），该薄膜具有高电荷转移能力，并能够在空气中保持稳定。保护层rGO有效地屏蔽了导电层MXene免受空气氧化，从而显著提高了空气稳定性。在40天（25 °C，40%相对湿度）的空气暴露后，rGM薄膜的膜片电阻（135.9±2.3 Ω/平方-312.6±4.5 Ω/平方）相比纯MXene薄膜（145.0±2.3 Ω/平方-2,152.8±6.8 Ω/平方）的增幅几乎可以忽略不计。
MXene薄膜通过L-抗坏血酸原位还原合成的rGO保护，两者通过形成Ti─O─C键结合在一起，有效防止了空气氧化。在异质结界面处形成内建电场（BIEF），引起表面电子结构的变化，产生高密度的电子流，促进了电荷转移和离子扩散。因此有效降低了电极/生物组织界面阻抗，促进了rGM应用为生物界面薄膜电极，并能够高精度地采集神经信号。
此外，rGM薄膜（约60 nm）能够紧密贴合皮肤表面，其超薄特性使其具有优异的可穿戴性。结合超薄和空气稳定性特性，rGM薄膜在刺激前后都能准确检测正常和室颤的心电信号，非常适合应用为先进的自动体外除颤器（AED）电极，用于紧急心脏骤停治疗，持续、可靠和有效的质量保障对急救至关重要。
这种新型rGO-MXene复合薄膜不仅展示了MXene在生物电子材料中的潜力，也为未来可穿戴医疗设备、紧急医疗设备和生物传感器的研发提供了新的思路和解决方案。
文献名称：An Air‐Stable MXene Bio‐Interfacing Thin Film Electrode
Small：MXene调控糖酵解实现癌症的协同治疗
近年来，针对癌症细胞特有的代谢特点（如有氧糖酵解）的治疗策略逐渐受到关注。其中，饥饿疗法通过切断癌细胞的葡萄糖供应展现出了潜在的治疗价值。然而，现有的饥饿疗法手段存在诸如酶稳定性差、靶向性差等问题。
2025年4月1日，期刊Small报道研究人员通过牛血清白蛋白（BSA）介导的非化学修饰策略，对MXene进行表面修饰，以提高其水分散性和稳定性。随后，将修饰后的MXene与二氧化锰（MnO2）纳米颗粒、叶酸（FA）以及葡萄糖氧化酶（GOx）结合，构建了一个多功能的纳米递送系统（TMBFG）。该系统旨在通过靶向递送GOx至癌细胞，结合光热治疗，实现癌细胞的饥饿与光热双重杀伤。
测试结果表明，在808 nm近红外光照射下，TMBFG溶液的温度随浓度增加而升高，即使在低浓度下也能达到49.5°C，而在0.8 mg/mL浓度下，3分钟内可达到57.8°C，足以杀死癌细胞。TMBF的光热转换效率为55.37%，显示出良好的光热稳定性和重复使用能力。
体外治疗效果显示，TMBFG对高表达叶酸受体（FR）的HeLa细胞具有显著的靶向性，其荧光强度是A549细胞的1.6倍。MTT实验表明TMBFG对正常细胞和癌细胞的毒性较低，在高浓度下可促进细胞增殖，具有良好的生物安全性，在裸鼠肿瘤模型中，TMBFG+NIR组的肿瘤体积显著减小，且体重增加，表明联合治疗对肿瘤生长有显著抑制作用，且对小鼠的正常生长无负面影响。
该项工作中，MXene作为纳米载体，利用其高比表面积和优异的光热转换效率，不仅提高了GOx的稳定性和靶向递送效率，还通过其光热效应增强了治疗效果。同时，MXene的表面修饰策略有效解决了其水分散性差和易氧化的问题，使得整个纳米递送系统更加稳定和高效。该研究为癌症的饥饿疗法与光热疗法的协同治疗提供了新的思路，具有重要的临床应用潜力。
文献名称：Water‐Dispersible MXene Governs Glycolysis for Cancer Synergistic Therapy
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来源：喵酱科学
