1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

新型二维材料MXene

摘要 MXene是一种早期过渡金属碳氮化物二维材料。通过将MAX相化合物通过选择性酸刻蚀将其中的第Ⅲ、Ⅳ主族元素A层去除，从而得到该二维纳米材料MXene。该材料具有优良的导电性能和独特的光学性能，并且具有良好的水相分散性。迄今为止，MXene已经在电化学邻域、柔性光电子器件、选择性吸附分离等邻域受到了广泛的关注。但MXene在肿瘤治疗邻域的研究仍然相对匮乏，故本课题旨在制备、修饰MXene二维纳米材料，并开发其在肿瘤治疗领域的深层次应用。

关键词 MXene；二维材料；肿瘤光热治疗

引言 二维固体定义为具有非常高的纵横比和对应于几个原子层的厚度的晶体，最近已经引起了人们巨大的兴趣。到目前为止，研究最多的是石墨烯，最近，2D材料的群体被一组新的、潜能相当大的早期过渡金属碳化物或碳氮化物(MXenes)扩充了。今天，MXene系列包括^[1]Ti₃C₂、Ti₂C、Nb₂C、V₂C、(Ti_0.5，Nb_0.5)₂C、(V_0.5，Cr_0.5)₃C₂、Ti₃CN和Ta₄C₃。单独的MXene层厚度小于1 nm，而它们的横向尺寸可以达到几十微米。迄今为止，研究最多的MXene是Ti₃C₂，通过在室温下将Ti₃AlC₂浸入HF中制备。结果表明，大量的阳离子，如Li 、Na 、Mg2 、K 和NH⁴ 容易和自发地嵌入在水溶液中的Ti₃C₂层之间。这一发现为这些材料在能量装置中作为超级电容器、子电池和氢存储的使用铺平了道路。

1. 制备

MAX相结构可以描述为早期过渡金属碳化物和或氮化物与A元素”胶合”在一起的结构。强M-X键主要由共价键和离子键混合，而M-A键是金属性的。因此，与诸如石墨之类的其他层状材料相比(弱范德华相互作用将结构保持在一起），MAX具有更强的层间结合力，不能通类似剪切的机械方法破坏。然而，如这里所讨论的，我们可以利用M-X键与M-A键相对强度和特性的差异，通过化学方法选择性地蚀刻A层，而不破坏M-X键。

由于M-A键弱于M-X键，在真空环境下在熔融盐或在某些熔融金属中高温加热MAX相会导致A元素的选择性损失。然而，由于升高温度会导致M_{n 1}X_n层的去孪晶，形成3D 的M_{n 1}X_n岩盐结构。另一方面，使用强腐蚀剂(如Cl ₂气体)，在高于200 ℃的温度下会导致A和M原子的蚀刻，产生衍生的碳化物。类似地，Ti₂ AlC与无水氢氟酸的反应在55 ℃下会形成新的三元金属氟化物相Ti₂AlF₉。因此，为了选择性地蚀刻A元素，同时保持M_{n 1}X_n层的2D性质，需要维持温度和蚀刻剂的活性之间的微妙平衡。表1^[2]总结了合成各种MX烯所需的HF蚀刻条件。

表1

2. 电学性能

通过溶液处理的Ti₃C₂T_x类似于透明电极。Mariano M等人从实验中通过改变涂布溶液的旋转速率，可以改变沉积的层的量。获得的最好结果是以400 rpm的旋转速率沉积的膜。实验表明，当厚度lt;10 nm时，可以达到437 Ω/ sq的相对低的电阻率，同时在从VIS到NIR的宽波长范围内保持77％的高透射率，并且膜具有3000 S cm^-1的高电导率。通过片上测量证明这种类型的MXene具有金属性质，并且测量它们的工作函数为5.28#177;0.03 eV。Ti₃C₂T_x的这些表征开辟了用于金属2D材料的低温处理途径的可能性，并为超薄膜装置的可扩展制造提供了新的路线。

3. 光学性能及生物应用

以最广泛研究的Ti ₃C₂(简称TC)为例，有文献显示这些纳米片适合在光热疗法中应用。与生产TC片材的常规观点相反：酸性介质(例如强腐蚀性的浓HF或HCl和氟化物盐的混合物)已经典型地用于选择性提取Al层。Jinnan Xuan^[3]等人使用有机碱，四甲基氢氧化铵（TMAOH）作为蚀刻剂，通过Al含氧阴离子对TC片表面的改性赋予片在近红外区强烈和广泛的吸收，导致针对肿瘤细胞光治疗的优异性能。

由于在TC片材表上上有Al(OH)₄^-，胶体悬浮液显示出增强的NIR吸光度和从560 nm至1200 nm的宽吸收，最大值在约800 nm。该最大值落在第一NIR窗口（750-900 nm）中，并且与实际应用中最常用的激光器的长度完全匹配。鉴于其在NIR区域的强烈和广泛的吸收，TC片有作为肿瘤治疗的新光热剂使用的可能性。

Lin H等人^[13]制备了一种新型的Ti₃C₂纳米片(MXenes)，并且证明了它的高光热转换和肿瘤的体内外光热消融效果，同时开发了HF蚀刻之后进行TPAOH插层的两步剥离方法，以显著减小Ti₃C₂ MX烯的横向尺寸并满足对生物医学的严格应用要求。由于LSPR效应，Ti₃C₂纳米片在NIR激光照射(808 nm)时表现出强的NIR吸收和光热转换效率。大豆磷脂修饰的Ti₃C₂纳米片(Ti₃C₂-SP)在体内外均不显示明显的毒性，Ti₃C₂纳米片被证明是用于肿瘤治疗的高度有效的PTT试剂。研究结果表明Ti₃C₂纳米片(MXenes)作为一种新型光热剂用于癌症治疗具有巨大潜力， MXenes在生物医学的更多应用还有待探索。

4. 机械性能

除了良好的光学和电学性能，当涂覆在柔性基底上时，Ti₃C₂T_x薄膜表现出良好的机械性能。K.H.^[4]等人通过测量其在13.5至3.8 mm范围内的弯曲半径r的函数测量它们的薄层电阻Rs，并将其与薄层电阻的值进行比较，来评估涂覆在柔性聚酯基底上的Ti₃C₂T_x薄膜的可折叠性。在弯曲测试后，薄膜保持完好，没有明显的缺陷或脱层。这些良好的机械性能表明薄膜可以用于柔性光电子器件。

5. 吸附性能

具有大表面积和丰富的活性位点的二维材料被认为是一种理想吸附剂。Peng Q^[5]等人认为可以通过调整二维层状碳化钛表面上的官能团和位点相互作用以获得一些非凡的物理性质。他们通过化学剥离随后碱化插层制备的2D烷基-MXene材料在与阳离子(Ca/ Mg)竞争时表现出优先的Pb高水平共存。烷基-MXene具有高效的Pb吸收性能，所施加的吸附容量为每kg烷烃4500 kg水，并且流出物Pb含量低于世界卫生组织推荐的饮用水标准(10 μg/ L)。

6. 选择性分离性能

2D材料薄膜(如石墨烯)有成为高效和高选择性分离膜的潜力，然而少有2D材料能够基于尺寸和电荷选择性地排除离子，又同时保持机械完整性，而MXene显示出这方面的优势。Chang E. Ren^[6]等人描述了一类基于Ti₃C₂T_x的新型渗透膜，它具有高度选择性筛分阳离子的功能。Ti₃C₂T_x膜在较高电荷阳离子的分离中表现出比石墨烯更好的性能。作为2D材料的新家族，MXenes为开发用于离子分离和其他技术的高效和高选择性分离膜打开了一扇门。

总结

MXenes作为一种新型2D材料，在许多方面拥有非常好的性能。但实际应用时存在许多问题。目前的制备方法以用氢氟酸选择性蚀刻蚀MAX相中的A元素为主，人们需要寻找MAX相剥离和MXenes分层更稳定和安全的路径。并且在蚀刻A元素之后，一些蚀刻副产物可以与MXenes共存。这些蚀刻反应副产物和表面污染对各种MXene层的性能和性能的影响需要被充分研究、理解和最终控制。在生物医学领域MXenes的潜力有待发掘，总之MXenes是一种新兴的尚未发展成熟的材料，大大扩展了2D材料系列。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题旨在构建具有优良光热性能的mxene纳米复合材料，主要包括：

1. 探索其小尺寸（小于500 nm）纳米片的合成方法；

2. 提升纳米mxene材料的nir吸收性能及其生物相容性；