MXene终端基团改性研究与应用进展

陆 赞， 郭子娇， 李 悦， 刘 玮， 龙海如

(1.上海工程技术大学 纺织服装学院， 上海 201620； 2.东华大学 纺织学院， 上海 201620)

二维材料具有厚度远小于其他两个维度的特殊结构，其表面结构、电子能级和态密度相对于体材料都发生了显著变化，从而显示出独特的电子、力学和光学等特性，这使得二维材料被广泛应用于各个领域[1]。目前所研究的二维材料包括完全由单元素组成的石墨烯、硅烯[2]、锗烯[3]和磷烯[4]等，还包括具有双元素组分的过渡金属硫族化合物和氧化物[5]以及由更多元素组成的黏土[6]。二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物MXene作为新兴的二维材料，因具有远高于碳材料和部分金属氧化物的密度(2.9～6.8 g/cm3)，高于石墨烯等材料的电导率[7]，以及独特的可调节表面官能团，受到众多研究者的青睐。

自2011年Yury Gogotsi团队成功制备出MXene以来，其相关研究得到了迅速发展。以具有层状六方结构的MAX相作为MXene材料的前驱体，其分子式为Mn+1AXn，其中，M代表早期过渡金属，A代表13族或14族元素，X为C和/或N[8]。在室温下用氢氟酸选择性蚀刻A元素能够获得具有—F、—OH和—O表面终端基团的少层或单层MXene材料。碳基结构以及材料表面的含氧官能团赋予MXene优异的导电性和表面亲水性[9]，使其在电池[10-12]、电极材料[13-14]、超级电容器[15-16]、电催化剂[17-20]、电磁干扰屏蔽材料[21]和生物医学材料[22]等领域具有广泛的用途。

表面终端基团的可控调节是对MXene结构特征和性能进行差异化调控的有效前提。目前，针对MXene材料表面终端基团的调控主要从材料制备及后处理等方面着手，然后根据不同的应用场景选择不同种类或比例的官能团。例如，MXene的锂离子存储量在很大程度上取决于表面官能团的性质[23]，可通过对MXene表面的官能团进行改性，去除阻碍Li离子运输的—F和—OH表面官能团，从而获得高储锂量和高倍率性能的电极材料。此外，通过修饰表面基团Tx(—OH，—F和—O)调节Ti2CTx的载流子传输行为，可为获得高迁移率和适当带隙的新型二维材料提供可能，扩大了MXene基膜材料在电子设备中的应用范围，这是石墨烯等二维材料所做不到的。利用MXene丰富的表面官能团和高表面电载荷，通过有机基团的物理修饰或在MXene表面上负载功能剂等方法证实，适当的表面修饰和功能化可以改善MXene在纳米医学中的性能，拓宽其潜在的生物医学应用前景[24]。除了对MXene制备过程中获得的官能团进行改性外，还可掺杂一些原子如氮、硫等，这对于改善MXene的电化学性能也有显著的效果。

相比MXene与其他材料的简单复合法，改性表面终端基团的方法不但保留了MXene的整体结构，而且可以通过键合的方式在较大程度上消除不同物理、化学性质组分间存在的界面力。MXene独特的二维特性使得表面功能化的基团在热力学、电磁学、流体力学等界面相关的应用中也起到重要作用。因此，开发高效、可控的MXene终端基团改性技术是实现材料多元化应用的重要研究方向之一。

1 MXene的可控制备及终端基团

1.1 MXene的制备研究进展

最早也是最经典的制备二维MXene晶体材料的方法是Naguib等[25]提出的利用HF选择性刻蚀MAX相(例如Ti3AlC2)中Al层的方法，如图1所示。在室温条件下，将Ti3AlC2浸入HF溶液(HF质量分数为50%)中搅拌2 h后用去离子水洗涤，使悬浮液的pH值控制在4～6，就可以将Ti3AlC2中的Al元素剥离，获得手风琴结构的MXene。由于M—X键是金属键，相对强度高于M—A键，因此HF能够选择性刻蚀A层而不破坏M—X键。但用HF刻蚀会导致MXene片层存在纳米尺度的缺陷，且操作上存在危险性，因此Ghidiu等[26]在2014年报道了使用HCl和LiF的混合溶液代替HF作为蚀刻剂的制备方法。将Ti3AlC2粉末加入到预混的LiF和HCl溶液中进行长时间刻蚀，并用蒸馏水离心洗涤至中性，可获得MXene导电“黏土”。这种方法的优势在于：避免了强酸的直接接触，从而提高了操作的安全性，并且获得了具有更大横向尺寸和更少缺陷的MXene聚集体，同时也为材料的后续分层提供了便利。虽然使用HCl和LiF的混合溶液能够避免与HF的直接接触，但反应过程中仍然会产生和释放出有毒HF气体，同样存在一定的风险。于是，Halim等[27]用NH4HF2代替HCl和LiF的混合溶液，通过采用文献[26]的操作方法制得MXene，彻底消除了HF带来的不安全因素。此外，Wang等[28]使用简便且安全性更高的水热法，将Ti3AlC2粉末加入NH4F溶液中，并将溶液转移至不锈钢高压釜中，在150 ℃下剧烈搅拌24 h后自然冷却至室温，通过离心得到MXene。

图1 MAX陶瓷相经HF酸化制备Ti3C2Tx(MXene)示意图[25]Fig.1 Schematic diagram of HF etching MAX phase into MXene[25]

湿法化学刻蚀MXene技术自2011年发现至今一直被广泛使用，除了湿法化学刻蚀外，研究者们还通过高温刻蚀、化学气相沉积(chemical vapor deposition， CVD)和路易斯酸熔盐刻蚀等方法制备MXene[29]，如表1所示。高温刻蚀是第一个合成二维过渡金属氮化物的方法，Urbankowski等[30]在550 ℃氩气气氛下采用熔融的氟化盐从Ti4AlN3粉末中刻蚀Al，得到Ti4N3，为发现氮化物MXene的潜在优势奠定了基础。Xu等[31]以甲烷为碳源，在较高的温度下熔化Cu箔片和Mo箔片，在液态Cu/Mo界面处形成不稳定的Cu/Mo合金，随后，Mo原子通过与甲烷分解产生的碳原子反应，从界面扩散到液态Cu的表面，形成Mo2C晶体。这种方法制备的MXene具有较大的横向尺寸和很少的缺陷，有助于研究MXene材料的内在结构特性。2019年Li等[32]利用高温熔盐环境下阳离子与A元素的氧化还原/置换反应，提出用路易斯酸氯化物熔盐刻蚀MAX相的方法。Ti3AlC2在ZnCl2熔盐中会发生显著反应，与用HF刻蚀MAX相制备MXene的方法相比，路易斯酸中的Zn2+发挥HF中H+的作用，Cl-等价于F-最终与M原子配位。此方法能够成功扩展到多种路易斯酸氯化物熔盐(如FeCl2、CuCl2、AgCl等)和更广的MAX相家族成员中(如A元素为Al、Zn、Si、Ga等)，并且在极大地提高试验安全性的同时降低了废液处理的难度和成本。

表1 不同MXene合成方法获得的表面基团

1.2 MXene表面终端基团特性

湿法化学刻蚀利用含氟酸或盐制备MXene，其表面通常存在—O、 —OH、 —F等官能团，如图2中a所示。基于密度泛函理论(density flood theory， DFT)对羟基化和氟化的MXene层进行几何优化，如图2中b所示，可以看出MXene表面上暴露的Ti原子极不稳定，因此会在含氟根离子的水系环境中寻找合适的羟基和氟基作为配体，以获得较稳定的表面结构。然而，—OH终端基团在碱性环境下较不稳定，H原子可能被碱金属、碱土金属或过渡金属替代，也可能在高温退火后转化为—O端基[33]。Abdelmalak[34]和Enyashin等[35]通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)确定了—OH和—O的存在，在能量色散光谱中观察到的氟和氧结合，也为Ti—F和Ti—O的存在提供了证据。这些发现均说明通过湿法刻蚀的MXene表面主要含—O、 —OH和—F终端基团。此外，研究者们通过分析Ti3C2Tx片层表面综合能量和构象体的稳定性，发现吸附的官能团Tx停留在Ti3C2的Ti原子顶部时最有利[36]，同时官能团的稳定性顺序呈Ti3C2O2>Ti3C2F2>Ti3C2(OH)2>Ti3C2，这也与之后对其进行改性的难易程度相符。而通过不同形式制备的MXene片层表面也可能带有除—F、 —OH、 —O之外的其他端基，可以是一种或多种的组合，如表1所示。

注：a为Ti3C2Tx片层的制备流程及碱性与高温环境下的终端基团特征；b为Ti3C2Tx纳米片层原子分布。图2 Ti3C2Tx片层的制备及结构特征[33]Fig.2 Preparation and structural characteristics of Ti3C2Tx sheet[33]

不同的终端基团会对MXene片层材料的性能产生不同的影响。湿法刻蚀制备的MXene一般都具有—F表面端基，但是—F的疏水性往往不利于电极材料在水系电解质中的电容性能[37]，还会阻碍锂离子的输运，降低材料的储锂容量[38]，也会加剧超级电容器的自放电行为[39]。不过丰富的—F端基也可以促进质子的吸附动力学，降低电荷转移阻力。虽然表面基团—OH也会阻碍锂离子的运输[40]，降低Ti的存储容量，但是丰富的—OH也可用于生物医学中的癌症治疗，吸附水中的有毒物质[41]。相比—F和—OH，MXene表面的—O端基不仅被证明结构稳定，而且表现出最高的理论锂离子存储量，因此含有大量—O基团的MXene是一类较理想的高容量和高倍率性能的阳极材料[42]。此外，氧原子具有很强的电子适应能力，可以从MXene层中吸取大部分电子[43]，具有—O端基的MXene可以吸附多价金属原子，从而生成无端基MXene和金属氧化物。因此，根据不同终端基团的特性以及材料的应用场景，可以有选择地对MXene表面基团进行改性，从而提高材料的可利用性。

2 MXene终端基团的改性与应用

2.1 MXene含氟官能团的改性与应用

如前文所述，通过改性可以在MXene表面选择性构筑目标结构，从而赋予材料更广阔的应用前景。表面基团—F对材料的电容特性、离子运输、过渡金属的存储容量等均有影响。而在水净化方面，若运用含氟酸或盐制备MXene，势必会引入毒性更强的—F，从而造成二次污染，于是产生了许多消除—F基团的方法。

无氟制备MXene的方法主要包括电化学合成、路易斯酸氯化物熔盐刻蚀和碱性溶液浸渍等。在电化学合成法中，可以使用块状Ti3AlC2作为阴极和阳极，NH4Cl和四甲基氢氧化铵(TMAOH)作为电解质，通过对阳极Ti3AlC2进行刻蚀，能够获得凝胶状的Ti3C2Tx沉淀物，其中Tx为—Cl、 —OH和—O[44]。路易斯酸氯化物熔盐刻蚀法则是用氯化物熔盐代替HF刻蚀MAX相前驱体，用氯化物中的氯离子代替氟离子[32]。除直接合成无氟MXene之外，还可以通过碱化MXene纳米片层用羟基取代—F 端基的方法进行改性。利用Ti—F键的热力学不稳定性，室温下将Ti3C2Tx置于1 mL NaOH中处理1 h再转入200 ℃水热釜中加热12 h，最终通过离心可获得表面—F端基较少的Ti3C2Tx纳米片[33]。Naguib等[45]用有机碱氢氧化四丁胺(TBAOH)对多层MXene进行溶胀处理，削弱了M—X的层间键合力，实现了MXene的大规模分层，如图3(a)所示。通过比较分层前后样品的能量色散X射线能谱发现，分层后—F含量明显降低，而氧含量有所增加[46]。

通过改性去除或取代MXene表面上的—F基团能够显著提升其在储能领域的应用潜力。Wang等[47]发现，MXene表面形成的Ti—F键会增加电解质中离子与电极表面之间的距离，形成吸附能较低的松散结构，从而加剧MXene基超级电容器的自放电效应。去除—F基团后，MXene片层的表面离子和体积离子的存储能力(即赝电容和容量)显著提高。化学界面调节处理后的MXene薄膜的电阻显著降低，平均氧化态的表面终止现象减少，材料的层间距减小，增强了片层的离子吸附效果，这使得改性后的MXene超级电容器自放电消耗减少，过渡电位明显增加，如图3(b)所示。

(a) 有机碱溶胀刻蚀制备MXene

(b) 高温退火制备少氟MXene

Dall’Agnese等[48]对分层的MXene进行碱化处理以改性表面—F基团，通过对比处理前后的MXene比表面积可知，改性后的材料具有更高的比电容。这是由于被含氧基团(—OOH， —OH， —O)取代的MXene增加了其在酸性电解质中的赝电容行为，促进了MXene表面的氧化还原反应，有利于材料作为电极应用于储能领域。

然而，—F基团的存在并非没有益处，Li等[49]发现，表面富含—F端基的Ti2CTx纳米片实现了活性和活性位点数量的协同调节，在氢气释放反应(hydrogen release reaction， HRR)中具有很好的应用潜力。用富含—F端基的MXene作为电催化剂时，氢吸附吉布斯自由能(ΔGH)小于无氟MXene，证明含—F基团的MXene可提供快速的质子吸附动力学，具有更好的HRR活性。通过电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)也能够证明含—F基团的MXene具有较低的电荷转移阻力。此外，通过简单的循环伏安法测量材料的电化学有效表面积，结果同样表明含氟MXene的有效活性位点的数量高于其他MXene。得益于这些优势，富含—F端基的金属MXene纳米片作为稳定的电催化剂可用于氢燃料电池中。

2.2 MXene羟基的改性与应用研究

相比—F基团，—OH基团的存在以及改性的便利性赋予了MXene更多的应用场景。在储能领域，Xie等[50]将Ti3C2Tx在773 K的真空中退火处理40 h，并对Ti3C2的第一次锂化/脱锂循环进行原位X射线吸收光谱和Li容量测量，结果证明高温退火可有效去除表面—OH端基。原子掺杂也可对—OH基团进行改性，其中氮掺杂的MXene是储能材料中有力的竞争者。可以通过取代—OH官能团的方式将氮原子引入MXene结构，这是因为形成的—OH相比其他官能团最有利于N的取代。此外，也可以将S与Ti2C纳米片上的—OH进行掺杂，制备出高度均匀的电极，从而应用于锂硫电池中[51]。

Deng等[52]利用MXene表面上的—OH与二价金属离子的相互作用，构建了具有三维网络结构的MXene水凝胶，如图4所示。该水凝胶有效避免了MXene纳米片的堆叠，极大地改善了材料表面的利用率，其所制备的超级电容器在1 V/s的扫描速率下仍具有优异的倍率性能(约为226 F/g)。

图4 MXene纳米片上的—OH基团与金属离子相互作用示意图[52]Fig.4 Schematic diagram of the interaction between —OH groups and metal ions on MXene nanosheets[52]

丰富的—OH官能团能够为溶液中的目标离子提供结合位点，使MXene广泛应用于水净化领域。Peng等[53]采用NaOH碱化分层的方法制备了富含羟基官能团的MXene材料，并用于水体中Pb2+的吸附。通过对MXene片层进行碱化处理可在MXene表面形成[Ti—O]-H+和[Ti—O]-Na+基团，这两种基团均能与Pb2+产生较强的吸附行为[54]。这是由于[Ti—O]-与水溶液中的Pb2+离子表现出较强的离子配位作用，而这与Brown等[55]提出的“内层络合”相吻合。碱化后的MXene材料对Pb2+表现出很强的吸附容量、快速的动力学特征和可逆的吸附特性。比如Ti3C2Tx上的Ti—OH活化位点中的分层结构可为水体中的重金属离子提供通道，同时对羟基进行阳离子取代可以获得一些离子变化位点从而吸附重金属，增强目标金属污染物的络合。Zhang等[56-57]利用多层V2CTx捕获U4+的研究也发现，吸附材料表面的功能化基团—OH与U4+能够配位形成双齿内球状的络合物。

MXene片层上的—OH终端基团也可以帮助片层实现多孔结构的构筑。Zhao等[58]和Lukatskaya等[59]利用表面羟基间的相互作用合成MXene包裹的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)球形复合物，通过真空抽滤再退火去除PMMA硬模板后，获得由空心球状MXene构成的3D大孔膜。Liu等[60]将肼与MXene相结合，利用肼与材料表面含氧官能团之间的化学反应，在致密的MXene膜中释放大量的气态物质，促使片层间产生高压以克服范德华力，形成了具有多孔结构的MXene泡沫。Yu等[61]利用Ti3C2Tx片层上带负电的基团(如—OH，—F)促进多孔层状双氢氧化物(layered double hydroxide，LDH)成核，使LDH生长在MXene片层间形成交联的多孔网络，从而得到具有多孔层状结构的LDH/MXene复合材料。

具有多孔结构的MXene材料拥有独立性、柔韧性、亲水性和高导电性等优点，多孔结构同样增加了材料表面的活性位点，可在赝电容器、锂/钠电池、锂硫电池、电磁屏蔽和吸附、压阻传感器以及癌症治疗中发挥作用[62]。

2.3 MXene氧官能团的改性与应用

通常可在改性MXene材料表面—F和—OH基团的基础上实现对—O基团的调控，—O基团的低能轨道能够使MXene表面过渡金属原子(如Ti)的非键合价电子饱和，起到稳定过渡金属碳氮化物基体的作用，因此含氧端基的MXene具有较为稳定的结构。图5为氧官能化MXene的稳定结构模型[63]。

(a) 无端基MXene

(b)氧官能化MXene (Ti2CO2)

具有O表面基团的MXene被广泛应用在催化领域。MXene上的—O端基具有较低的过电势，在CO2的电催化还原反应中具有良好的选择性，使催化剂减少了对—C配位中间体的依赖，从而与—H配位生成更为稳定的反应中间体[64]。因此，增加MXene表面—O官能团数量，并将其作为电催化剂，能够使温室气体CO2转化为更有价值的燃料或其他化学物质。Ling等[65]研究17种具有—O终端基团的MXene的HRR活性发现，MXene表面O原子的电子获得数(Ne)在很大程度上取决于与O原子相邻的金属类型和数量，此外，他们基于Ne与氢吸收自由能的绝对值建立了火山图(volcano plot)，以期为今后选择合适的MXene作为HRR催化剂提供更为简便的参考。

在电化学储能领域，具有—O端基的MXene单分子层能够吸附的锂原子数是—OH基团封端的MXene单分子层的4倍。这是由于Li和O之间有很强的键合力，新形成的Li—O键能够阻止O从MXene表面脱离。通过测量开路电压发现，无端基、—OH或—F端基MXene的开路电压显著低于—O端基MXene的开路电压[50]。Hu等[66]使用原位拉曼光谱法研究发现，H2SO4电解质中的水合氢离子在放/充电过程中会与Ti3C2Tx上的封端O原子键合/解键，从而使Ti3C2Tx在酸性电解质中提供赝电容，如图6(a)所示。随后，他们将肼插入Ti3C2Tx中，通过减少—F和—OH基团以及插层水引起的表面化学变化，较好地改善了MXene表面的可及性和MXene电极的电容性以及循环性[67]。

(a) MXene中O原子的电化学反应过程[66]

(b) 无端基MXene的制备过程[42]

在锂离子电池中氧官能团的存在使其表现出更好的储能特性，而在非锂离子(如Na+、 K+、 Mg2+、 Ca2+和Al3+)电池中无端基MXene阳极材料则表现出更高的容量和倍率性能。Xie等[42]发现含氧端基的MXene可以吸附金属原子，从而生成无端基MXene和金属氧化物，如图6(b)所示，而由此得到的无端基MXene能够在片层表面吸附更多的金属离子，从而形成容量更高的多金属层。相此Li原子，Mg、Al等金属原子在无端基MXene表面更易扩散，通过形成负电子云获得稳定结构，而—O的存在反而限制了该结构的形成。此外，Kamysbayev等[68]通过超高温(500 ℃以上)路易斯酸熔盐刻蚀法制备出只具有—Cl或—Br的MXene，由于卤素原子更易与其他原子或官能团进行交换，因此能够精确控制MXene材料的表面化学性质、结构和性能，使用该方法制备的MXene材料也有望在超导材料中得到应用。

2.4 MXene杂原子改性及应用

原子掺杂不仅可以改善材料的给电子能力，而且可以改变材料的表面结构和化学性能[69-72]。其中，与N原子相关的官能团(如—NH2、 —ON和O—Ti—N等)的存在能够促进MXene材料表面上的赝电容行为，也能够促进电子转移，提高材料的导电性能[73-75]。从增强材料电化学储能性能的角度而言，N原子的掺杂能够有效改善MXene材料的电子传输网络和离子传输通道，同时，在N掺杂过程中，往往伴随着材料表面修饰的过程，因此在两种效应的协同作用下，MXene的储能性能得到显著提升。目前氮掺杂方法主要是利用氮源对MXene进行渗氮处理，常用的氮源主要有NH3、氰胺、多巴胺和尿素等[76-79]。

Lu等[80]分别采用水热法和无水冷等离子体技术用N原子取代Ti3C2Tx表面的—OH基团，获得N掺杂的MXene。通过X射线衍射仪测量N掺杂MXene片层的层间距，并对N掺杂MXene电极的润湿性以及元素价态进行分析，推断掺杂了N原子的MXene材料的电化学性能得到改善。在将N-Ti3C2应用于超级电容器电极时发现，N-Ti3C2电极比未掺杂电极具有更高的离子响应速率以及更明显的赝电容行为，超级电容器的储能性能也得到显著提升。

同样，Wen等[81]将N掺杂的MXene应用于高性能超级电容器电极材料，他们在氨中对MXene材料进行热处理制备得到N-Ti3C2Tx电极。在N掺杂MXene中，N原子在C原子位上的取代大大增加了Ti3C2Tx的层间距，并结合含氮官能团独特的拟电容作用，使电极材料的比电容增加了460%。因此，引入N原子除了会改变电极材料的表面结构之外，还能使MXene具有更大的层间距，插入更多的离子形成活性位点构型，从而增加电极的储能性能[82-84]。

Yang等[85]以尿素饱和醇溶液或单乙醇胺作为氮源，通过溶剂热处理的非原位掺杂方式制备获得N掺杂的MXene薄膜，该薄膜具有丰富的N活性位点，以及更多的结构缺陷和更好的亲水性。异位掺杂的N-Ti3C2Tx片层凭借较多的表面活性位点和缺陷结构，能够促进离子的快速扩散和阳离子的嵌入，在增强材料电容性能的同时也提高了材料的能量密度。

Bao等[86]制备了高度皱褶的N掺杂MXene纳米片，如图7所示，该纳米片具有独特的异质分层孔隙结构，解决了由范德华力导致的MXene片层重新堆叠问题。此外，较大的孔体积和比表面积增加了材料的硫负载量，由N掺杂MXene/S阴极组装的锂硫电池表现出优异的电化学储能性能。

图7 分层多级孔隙N-Ti3C2Tx/S复合材料的制备过程[86]Fig.7 Preparation process of multi-layered porous N-Ti3C2Tx/S composite[86]

目前N掺杂MXene被广泛应用于储能领域，而S原子掺杂的MXene因其较强的硫化物与多硫化钠的吸附能力，在锂硫及钠硫电池的开发中具有极强的应用价值[87]。除此之外，S掺杂MXene(如Ti3C2Tx)具有较大的层间距和有效比表面积，能够应用在电导气体传感器[88]、光催化制氢[89]及信号放大器[90]中。MXene表面丰富的终端基团使它们更易被其他原子掺杂，拓宽了MXene系列材料的应用范围。

3 总结与展望

MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物，在制备过程中获得的表面基团不仅没有阻碍MXene的应用，还在催化、电化学储能和水净化等方面作出了突出的贡献。国内外目前已开发出多种MXene材料的制备方法，主要包括湿法化学刻蚀、高温刻蚀、化学气相沉积及路易斯酸氯化物熔盐刻蚀。不同的制备方法能够在MXene表面获得—F、 —OH、 —O或—Cl等基团，其中：含氧官能团的存在使得MXene在储能、催化和生物医学等领域中应用广泛；—F基团的引入不利于MXene材料的储能特性，但其作为电催化剂可有效增加HRR的活性；路易斯酸氯化物熔盐刻蚀引入的—Cl基团可扩展MXene的层间距，增加材料的能量密度和功率密度。

针对不同的表面端基，使用不同的方法实现改性可获得各具特色的功能化MXene，从而在电化学、电催化、水净化等方面实现应用，主要包括MXene的无氟化制备、碱化处理和高温退火等方法。除对MXene制备过程中引入的端基进行改性应用外，还可以根据需要在MXene表面掺入其他原子基团，可显著提升MXene的电化学储能性能、气体传感性及催化性能。

寻找有效可控制备表面官能化MXene的新方法有利于MXene的未来发展，通过设计定制MXene的表面官能团，从调整其结构和性能的角度赋予其更好的实践意义。如：通过表面官能化将MXene纳米片定向连接，增大片层尺寸或形成多孔隙结构；通过改性加入多种基团以获得更多功能的MXene材料；等等。但目前所报道的表面改性方法较为单一，期待未来通过更深入地研究MXene材料的表面化学结构，实现MXene表面官能团的精确调节和控制，从而使其拥有更高的价值并得到更广泛的应用。