张传芳，刘欣宇，朱雨萱

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张传芳，刘欣宇，朱雨萱. MXene粉末的大量制备和应用研究进展［J］. 中国粉体技术，2026，32（3）：1-15.

ZHANG Chuanfang， LIU Xinyu， ZHU Yuxuan. Research progress on large-scale preparation and applications of MXene powders［J］. China Powder Science and Technology，2026，32（3）：1−15.

收稿日期：2024-10-17，修回日期：2025-08-07，上线日期：2025-11-19。

基金项目：国家自然科学基金项目，编号：22209118；中央高校基本科研业务费专项资金项目，编号：1082204112A26。

第一作者：张传芳（1988—），男，特聘研究员（正高级），博士，国家优青（海外）获得者，研究方向为二维 MXene 单晶稳定性、高质量MXene片层设计与批量制备、印刷柔性储能、传感及通信集成电子领域等。E-mail：chuanfang. zhang@scu. edu. cn。

摘要：【目的】 为了突破二维材料的合成瓶颈，将二维纳米材料的生产规模扩大到工业水平，对二维过渡金属碳（氮）化物（Transition Metal Carbide （Nitride）， MXene）的大量制备问题进行研究。【研究现状】 综述HF刻蚀、无氟刻蚀等MXene的合成方法，批量制备MXene粉体的策略，少层和多层MXene粉末的大量制备方法，MXene粉末在锂离子电池、超级电容器、水处理等能源领域的应用等。MXene是一类通过自上而下合成方法制备的二维过渡金属碳化物或氮化物，该工艺易于按反应器体积进行放大；对于单层 MXene 粉末，目前多采用改进的铵根离子剥离方法（包括逐步剥离和离心辅助聚沉），最终实现少层MXene纳米片粉末的快速大量制备。多层MXene与少层MXene的大量制备方法各有侧重，在放大生产时不会改变其结构或性质，从而具备进一步放大和商业化生产的可行性；多层MXene制备工艺较为成熟，成本较低，但在某些应用中受限于其层间距和剥离效率，相比之下，少层MXene通过插层改性和扩层方法制备，虽制备过程更为复杂，但能显著提高材料的性能，更适合高要求的应用场景。【结论与展望】提出未来的研究将聚焦于开发更高效、低成本的制备技术；新型MXenes不仅继承传统二维纳米材料的优异性能，还表现出类似石墨烯和金属的高导电性（电导率约为8000 S/cm），被广泛应用于能量存储和传感器等领域，对于水处理领域也有重要意义。

关键词：二维过渡金属碳（氮）化物；氢氟酸蚀刻； 电容器

Abstract

Significance To address the synthesis bottlenecks of two-dimensional （2D） materials and facilitate their industrial-scale pro⁃duction， the large-scale preparation of metal carbides and/or carbonitrides （MXenes） is of significant importance. Currently，

the industrial-scale production of 2D materials is hindered because most methods rely on top-down approaches， which are limited by substrate size and the availability of chemical precursors for synthesis and exfoliation. Consequently， only a few 2D materials have been successfully produced at scale. However， MXenes， due to their unique synthesis methods， hold significant potential to overcome these challenges and enable the scalable manufacturing of 2D nanomaterials.

Progress This review systematically discusses the synthesis methods of MXenes， including hydrofluoric acid （HF） etching and fluorine-free etching， strategies for bulk preparation of MXene powders， large-scale production methods for few-layer and multilayer MXene powders， their applications in energy-related fields （such as lithium-ion batteries， supercapacitors， and water treatment）， as well as the existing challenges of MXenes.

Conclusion and Prospects MXenes are a class of 2D transition metal carbides or nitrides synthesized via top-down methods，which could be readily scaled up based on reactor volume. For single-layer MXene powders， improved ammonium ion exfolia⁃tion methods （including stepwise exfoliation and centrifugation-assisted sedimentation） are commonly employed to achieverapid， scalable production of few-layer MXene nanosheets. The large-scale preparation methods for multilayer and few-layer MXenes differ in their technical focus， but neither alters their intrinsic structure or properties of the materials during scale-up，demonstrating feasibility for further industrial amplification and commercialization. The synthesis of multilayer MXenes is relatively mature and cost-effective， but their interlayer spacing and exfoliation efficiency limit their performance in certain applications. In contrast， fewla-yer MXenes， prepared via intercalation modification and exfoliation methods， involve amore complex process yet demonstrate significantly enhanced properties， making them more suitable for demanding applications. Future research will focus on developing more efficient and low-cost preparation techniques. Novel MXenes keep the outstanding properties of conventional 2D nanomaterials and exhibit exceptional electrical conductivity （≈8 000 S/cm）， comparable to graphene and metals， enabling their wide application in energy storage and sensors. They also hold significant promise for water treatment.

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