本文亮点
提出了一种简单的微生物辅助组装策略，通过形成异质结构的多孔结构来解决MXene材料在电池应用中的自聚集、大体积变化和快速容量衰减的问题；
通过利用黑曲霉作为生物吸附剂，MXene纳米片可以交错组装到生物纳米带上并形成自支撑的多孔结构，从而提升了钠离子和钾离子的存储；
扩展了MXene材料的潜力，并为解决二维储能材料的挑战提供了一个很好的策略。
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作为典型的二维(2D)材料家族，MXenes具有理化特性和在储能应用中的应用潜力。然而，MXenes具有二维材料的一些固有缺点，例如在加工和使用过程中会出现严重的重新堆叠以及能量存储容量低等问题。在此，通过原位生物吸附策略设计了MXene
N掺杂的碳质纳米纤维结构作为高性能钠离子和钾离子电池的负极。Ti3C2Tx纳米片组装在黑曲霉生物真菌纳米带上并转化为二维/一维（2D/1D）异质结构。这种微生物衍生的二维含氮掺杂的碳质纳米纤维结构具有完全开放的孔隙和传输通道，可提供高可逆容量和长期稳定性来存储Na+（.2mAhg-1，0.1Ag-1,次循环）和K+（.5mAhg-1，1.0Ag-1，次循环）。离子扩散动力学分析和密度泛函理论计算表明，这种多孔混合结构促进了Na+和K+的传导和传输，充分利用了二维材料的固有优势。因此，这项工作扩展了MXene材料的潜力，并为解决二维储能材料的挑战提供了一个很好的策略。背景介绍
可充电二次电池作为替代能源存储具有明显的竞争优势，具有较高的理论容量和能量密度。使用地球上储量丰富且成本低廉的Na+或K+形成Na+电池（SIBs）或K+电池（PIBs）具有替代当前锂离子电池的潜力。然而，由于Na+和K+的离子半径较大以及与其插入和脱出相关的严重体积膨胀导致电化学反应过程中动力学缓慢，因此它们的电池性能仍然不令人满意。因此，探索高性能电极材料以促进较大碱离子的移动和储存，提高电池性能并达到商业化所需的标准是当务之急。在具有不同维度的电极材料中，二维(2D)纳米材料由于其电化学活性表面和界面、较短的离子扩散长度以及改进的面内载流子/电荷传输动力学，在可充电电池方面具有非凡的优势。二维纳米材料在碱离子电池中的应用取得了重大进展。然而，大多数二维过渡金属氧化物和过渡金属硫化物都必须解决主要挑战，例如严重的自团聚、低电导率、不可逆容量大、初始库仑效率低和充放电循环后容量衰减快。最近，MXenes作为一种衍生自MAX相的二维纳米材料家族，已被证明是用于超级电容器和可充电电池的一类很有前途的能源材料。例如，Ti3C2Tx是典型的MXene材料，其中Tx是指表面终止基团，例如羟基(-OH)和氟(-F)基团。MXenes具有超高的电导率和离子电导率、可调的层间距和机械柔韧性等优点，所有这些优点都是能源设备非常需要的。不幸的是，MXenes具有2D材料的共同挑战，例如在制造和使用过程中严重的重新堆叠、大的体积变化、快速的容量衰减以及相对较低的容量；因此，需要付出更多努力才能充分利用此类材料的优势。
在本研究中，作者提出了一种简单的微生物辅助组装策略，通过形成真菌衍生的富氮碳纳米纤维上的2DMXene纳米带异质结构的来解决MXene材料在电池应用中的自聚集、大体积变化和快速容量衰减，特别是对于较大的Na+和K+。黑曲霉是一种纳米带形式的微生物，其细胞壁中含有约40%的几丁质。通过利用黑曲霉作为生物吸附剂，MXene纳米片可以交错组装到生物纳米带上并形成自支撑的多孔结构，而生物纳米带将通过煅烧转化为具有高导电性的富含N的碳质纳米纤维网络。选择黑曲霉微生物是因为它们与Ti3C2TxMXene的高吸附亲和力、低培养成本和生物安全性。通过设计这种2D/1D异质结构多孔网络，我们希望充分利用MXene的优点、其2D特性和导电的1D碳质网络，以实现卓越的大型Na+和K+存储性能，从而提供显着增强的表面电容存储、快速电导和离子电导以及调节体积变化。作者希望这项工作将成为解决MXene和2D材料使用挑战的解决方案，并为设计用于新兴储能设备的电极材料提供很好的见解。
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微生物辅助上的真菌衍生的N-富碳纳米带（NCRib）异质结构（2D/1D组件MXene的MXeneN）制作经由一个生物吸附策略。方案1展示了典型的合成过程。首先，少量/单层Ti3C2TxMXene的胶体分散体通过Ti3C2TxMAX相酸蚀刻和随后的LiCl嵌入剥离。其次，将分散的Ti3C2Tx纳米片与黑曲霉菌丝体混合并浸泡48小时以进行充分的生物吸附以形成MXene黑曲霉异质结构。MXene黑曲霉异质产物被冷冻干燥成气溶胶，并通过热解过程转化为2D/1DMXeneN纳米带。总结与展望
在本研究中，利用所选材料的高化学亲和力和自掺杂N，一种2D/1DTi3C2TxMXene真菌衍生纳米带异质结构通过微生物辅助组装策略成功合成。在这种异质结构中，真菌被转化为N掺杂的纳米纤维，2DMXene密集地组装在这些纳米纤维上，形成自支撑多孔结构，以充分利用2DMXene和1D导电网络。这种异质结构材料在高性能储能方面的巨大应用潜力。由于协同效应，多孔2DMXene结构和通过一维N掺杂碳质网络的快速电子转移有助于实现高表面控制的电容存储，并且对大Na+和K+的电化学亲和力显着增强。2D/1DMXeneNC电极表现出高可逆容量、超稳定循环性能，以及特别出色的高倍率容量。正如GITT所证实的那样，出色的电池性能归功于2D/1DMXeneNC异质结构电极中的超快离子传输，这解决了碱离子可充电电池中电化学动力学缓慢的问题。2D/1DMXeneNC的微生物辅助组装为能源材料设计提供了很好的见解，并解决了新兴储能设备的巨大挑战。文章链接：
