近年来，自供电可穿戴设备通过实时监测人体生理信号和外部环境数据，在健康监测（如心率、脉搏）、运动追踪（如步数）和环境检测（如空气质量）等方面发挥重要作用，为人们的日常生活带来了便利，具有广阔的应用前景。MXenes作为新兴的二维材料，凭借其优异的特性在能量存储和转换以及自供电可穿戴设备中备受瞩目。为了解决MXenes自身易氧化和堆叠等缺点，充分发掘MXenes的潜力，多界面工程被广泛用于调控MXenes特性以实现性能的提升，以此助力MXenes在自供电可穿戴设备中蓬勃发展。

近日，新南威尔士大学材料科学与工程学院储德韦（Dewei Chu）教授团队在《Advanced Materials》上发表综述文章“Multi-Interface Engineering of MXenes for Self-Powered Wearable Devices” 。该文章系统地总结了多界面工程助力MXenes在自供电可穿戴器件领域中的研究进展。首先，该综述全面地介绍了MXenes的基本特性（电学、力学、光学和热学），阐述了多界面工程策略（表面基团调控、聚合物修饰、杂原子掺杂以及缺陷调控）用于MXenes改性及在提升其能源存储与转换性能中发挥的作用，详尽总结了MXenes在自供电可穿戴领域中的应用，并就其应用潜力进行了深入探讨，最后分析了目前面临的挑战和未来的发展前景，为MXenes在自供电可穿戴领域中的进一步发展提供了深刻的见解。

图1 MXenes的研究进展及综述的概要

MXenes特性

作为一种新兴的二维过渡金属碳化物和氮化物，MXenes展现出优异的电学、力学、光学和热学特性，为自供电可穿戴设备的发展注入了活力。良好的导电性使MXenes作为电极材料被广泛用于能源存储器件（电池、超级电容器）。优异的机械性能提升了可穿戴器件的力学强度和柔韧性。此外，宽泛的光学吸收能带和高热导率使MXenes在能源转换领域如光电设备、光热转换材料和热导材料中表现出卓越的性能。然而，相比于其他二维材料（如石墨烯、碳纳米管、MoS2等），MXenes存在易氧化、易坍塌等缺点，为了进一步改善MXenes的特性，多界面工程被广泛应用于MXenes的改性，使MXenes成为自供电可穿戴设备中的热门材料。

多界面工程

图2 多界面工程对MXenes的改性

该综述分别从表面基团调控、聚合物修饰、杂原子掺杂和缺陷调控等方面概述了多界面工程策略（图2）对MXenes界面特性的改善，如扩大其层间距、抑制堆叠和氧化、增加活性位点等。首先，在刻蚀过程中形成的表面基团（如-OH、 -F、=O）对MXenes的电化学性能有显著影响，通过采取不同的刻蚀方法（如HF刻蚀、熔融盐刻蚀、碱处理、热处理等），可以调节表面基团的含量并引入不同的功能团，以此优化MXenes材料的储能特性。高分子材料修饰被认为是一种有效的界面改性策略，通过引入高分子基团（如-COOH、-SO3H,、-NH2），可以显著提升MXenes与其他材料的界面相互作用，改善其机械性能，提升其在能量存储和转换中的效率。此外，杂原子（如N、S、P）掺杂是增加MXenes活性位点的有效方法，活性位点的引入有助于离子捕获和储存，从而提升MXenes的电化学性能。通过调控制备过程中形成的缺陷，可以进一步提升MXenes的导电性和机械性能，并增强其环境稳定性。因此，基于多界面工程策略的调控作用，MXenes材料展现出优异的能源存储与转化性能。

能源存储与转换

得益于MXenes的高电导率、丰富的表面基团等优势及多界面工程的调控，MXenes材料在能源存储与转换器件中发挥重要作用（图3）。目前，MXenes已被广泛应用于电池和超级电容器等电化学能源存储设备中，其良好的能量捕获、传输与存储作用极大地提升了能量存储容量和密度，并增强了循环稳定性，推动了能源存储设备的发展。同时，基于MXenes的能源转换研究也取得了显著进展，一系列的能源转换器件如压电设备、摩擦纳米发电机、太阳能电池、热电转换器以及盐梯度能源转换器在MXenes的作用下，实现了高效的环境能源到电能的转换，为自供电可穿戴设备提供了高效且多元的能量供应支持。

图3 基于MXenes的能源存储与转换

自供电可穿戴设备

自供电可穿戴设备无需外部电源供电，可利用自身能量采集、存储和转换系统来维持设备运行，通过实时健康监测、运动跟踪和环境检测等为人们的生活提供了便利，得到了广泛的关注。MXenes在能源存储与转换器件中的优异性能，为自供电可穿戴设备（图4）的发展提供了强有力的能源供应支持。传感器通过实时检测人体呼吸频率、血氧水平等生理信号和环境参数（如湿度、气体浓度等），为个性化医疗设备的发展注入了活力，是可穿戴器件领域的研究热点。多界面工程策略助力MXenes材料在可穿戴传感器领域（如湿度、压力、气体传感器等）广泛应用，在信号检测中展现出高灵敏性、选择性和稳定性。此外，基于MXenes的其他自供电可穿戴设备（如加热器件、电致变色装置等）也展现出巨大的应用潜力。

图4 基于MXenes的自供电可穿戴设备

（来源：高分子科学前沿）