基于文獻計量分析的MXene材料研究進展

金虹霞 朱丹誠

摘要：MXene材料導電性優(yōu)異，比表面積高、在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性好以及廣泛的可調(diào)性，引起了眾多研究者的關注，是目前材料科學及工程領域的研究熱點。本文采用文獻計量學方法，分析和揭示了MXene材料領域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，包括主要國家、研究機構和作者等相關分析，特別是通過對文中高頻關鍵詞的分析，發(fā)現(xiàn)該領域的研究熱點及其演變受到廣泛關注，以期為MXene材料研究領域的學者提供一些參考。

關鍵詞：MXene;文獻計量;CiteSpace;研究熱點

中圖分類號：G35;TB34 文獻標志碼：A

Abstract：MXene has excellent electrical conductivity，high specific surface area，good stability in different environments，and wide tunability which has attracted the attention of many researchers.Now it is currently a research hotspot in the field of materials science and engineering.This paper uses bibliometric analysis to reveal the research status and development trends of the MXene，including major countries，institutions，authors，etc.，especially through high-frequency keywords in the paper，the research hotspots and their evolution that have received widespread attention in this field are analyzed.And it is hoped that this paper will provide a certain reference for scholars in the field of MXene research.

Key words：MXene;bibliometric;CiteSpace;research hotspots

文獻計量學是以文獻為對象，運用數(shù)學和統(tǒng)計方法描述、評價和預測科學研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的學科。通過對科研成果的定量分析，發(fā)現(xiàn)科研活動的特點、規(guī)律和相關性，為制定科研政策和開展科研活動提供參考依據(jù)[1，2]。

MXene是一類過渡金屬碳化物、氮化物以及碳氮化物材料統(tǒng)稱，主要通過層狀MAX相陶瓷材料的選擇性刻蝕制備得到，根據(jù)金屬元素及組成的不同，形成不同種類的MXene材料[3]，是一個新興的二維材料家族。自2011年美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授課題組[4]首次合成MXene以來，該材料具備優(yōu)異的導電性，高比表面積、在不同環(huán)境都具有較好的穩(wěn)定性以及廣泛的可調(diào)性[5，6]，受到了眾多研究者的關注。經(jīng)過多年的研究，MXene可以廣泛的應用在儲能[6–8]、催化[9–11]、傳感[12，13]等領域，具有廣泛的實際應用前景，因此，MXene具有重要的實驗研究意義，是目前材料科學及工程領域的研究熱點。

為了較為客觀地反映MXene領域的研究進展和發(fā)展趨勢，本文采用文獻計量學方法分析揭示了MXene領域相關論文的年度變化趨勢、主要發(fā)表國家、機構、作者以及研究熱點與前沿等信息，以期為MXene領域的相關研究人員提供參考。

1數(shù)據(jù)來源與分析方法

本文的檢索數(shù)據(jù)來源于科學引文檢索 Web of Science 核心合集，檢索獲取MXene材料領域的相關研究論文。檢索策略為：主 題 =“MXene* ”，時間跨度 = 所有年，數(shù)據(jù)庫包括 SCI-EXPANDED/SSCI/A&HCI/CPCI-S/CPCI-SSH/ESCI，文獻類型限定為 Article or book chapter or proceedings paper or review，檢索時間截至 2021 年 9月30日，檢索結果共命中5628條記錄，經(jīng)過去重等處理獲得有效文獻5216篇。

使用SPSS軟件和Excel對搜索結果進行清理和分析，使用CiteSpace對該領域的主要研究熱點進行分析和可視化。

2WOS國際文獻計量分析

2.1發(fā)文年度分析

圖1顯示了世界和中國MXene材料領域WOS論文數(shù)量的年度變化趨勢。在MXene材料研究領域的WOS論文，無論是在全球還是在中國，都呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢（2021年數(shù)據(jù)不完整）;其中，2012 - 2016年論文數(shù)量增長相對緩慢，處于MXene材料研究的起步階段;2017年以來，論文數(shù)量增速明顯加快。到2020年，全球年論文數(shù)達到1666篇，僅中國一年就達到1204篇，表明目前MXene材料的研究受到了廣泛關注，進入了快速發(fā)展時期。

2.2國家與地區(qū)分布趨勢

圖2顯示了MXene材料研究領域WOS論文數(shù)量最多的10個國家以及這些國家近3年（2019-2021年）的論文發(fā)表數(shù)量占論文總發(fā)表數(shù)量的比例。結果顯示，中國大陸發(fā)表論文最多，共4076篇，其次是美國、韓國、澳大利亞、印度、新加坡和英國。從近三年的論文發(fā)表比例來看，印度近三年的論文發(fā)表比例高達87.7%，是上述國家中最高的。中國以82.7排在第二位，韓國和澳大利亞也占了80%以上，說明這些國家大量MXene材料的研究工作相對較晚，但近年來活躍度很高。美國作為最早開展MXene材料研究的國家，活躍度近年來有所下降。其他國家的比例相對接近，在70-80%之間，說明這些國家近年來對MXene材料的研究有較高活躍度。

2.3主要發(fā)文機構分布

在MXene材料領域，中國科學院的論文發(fā)表總量居首位，其次是德雷塞爾大學、深圳大學、中國科學院大學和鄭州大學。圖3列出了WOS中MXene材料發(fā)表數(shù)量排名前10的機構的總被引次數(shù)和篇均被引次數(shù)。美國德雷克塞爾大學在總被引次數(shù)和篇均被引次數(shù)上均排名第一，分別為54932次和136.99次，體現(xiàn)了德雷克塞爾大學在MXene材料研究領域的突出影響力。美國能源部排名第二，每篇論文被引用83.51次，總被引用11525次，也是該領域非常有影響力的研究機構。相比之下，中國8家機構除中國科學院表現(xiàn)較好外，其余論文影響力指標均不太高，其中10家機構中篇均被引次數(shù)達到30倍以上來自中國大陸的機構，僅有中國科學院和中國科學院大學，表明其在提高論文的質(zhì)量和影響力仍有需努力。

2.4主要研究熱點及合作網(wǎng)絡

高頻關鍵詞在一定程度上可以向我們揭示某一領域的研究熱點。WOS檢索到的MXene材料領域的5216篇相關論文中，3570篇論文有作者提供的關鍵詞信息。提取并清洗關鍵詞進行詞頻統(tǒng)計，得到頻率大于10的高頻詞53個，如圖4所示。MXene材料研究最多的問題主要有MXene、性能、納米片、石墨烯、合成、過渡金屬碳化物等，頻率均超過500次。

我們可以通過作者與研究機構的共現(xiàn)分析得出MXene材料研究領域的權威機構和學者及其合作網(wǎng)絡。從CiteSpace中提取2012-2021年發(fā)表文章最多的前30位作者，得到MXene材料研究作者合作網(wǎng)絡（圖5）。由圖可知，Yury Gogotsi是文章數(shù)量最多的作者，遠遠超過其他作者。Babak Anasori、Michel W.Barsoum和張晗緊隨其后;發(fā)表論文20篇以上有24人，共計1242篇;有120位學者發(fā)表論文5篇以上，共計1066篇。

在作者合作網(wǎng)絡中Yury Gogotsi位于網(wǎng)絡中心，是MXene材料研究領域的核心人物，多數(shù)的學者與他開展過合作研究，如Michael Naguib、Yohan Dall'Agnese和Mohamed Alhabeb等，他們之間的合作強度大，互引關系強，是MXene材料研究的中堅力量。此外，也有學者組成自己的研究團隊，例如張晗、Babak Anasori和黃慶。

CiteSpace提取從2012年到2021年發(fā)文量最多的前30個研究機構得到MXene材料研究機構的合作網(wǎng)絡（圖6），由圖可知，出現(xiàn)次數(shù)最多的是中國科學院和德雷塞爾大學，其中德雷塞爾大學是Yury Gogotsi所在機構，分別達到560次和390次。其次是中國科學院大學、深圳大學和鄭州大學，分別有170次、166次和134次。

從合作關系來看，主要以中國科學院和美國德雷塞爾大學為兩個中心點，基本上所有機構都圍繞著這兩個機構。其中深圳大學、清華大學、鄭州大學、北京大學和南方科技大學等與中國科學院存在較強的合作關系。此外，中國科學技術大學、山東大學和深圳大學與美國德雷塞爾大學有較強的合作關系。南京科技大學和大連理工大學、北京航空航天大學和中國科學院大學之間存在較強的合作關系。

2.5引文分析

文獻共被引分析對理解研究領域的核心內(nèi)容具有重要作用。在CiteSpace中，時間跨度設置為2012-2021年，單個時區(qū)長度為1 a，節(jié)點類型選擇參考文獻，提取每個時區(qū)中被引次數(shù)最多的前30篇文章。運行軟件后，進行聚類分析和命名，得到文獻共被引網(wǎng)絡圖（圖7），共識別出7個聚類。具體數(shù)據(jù)由表1可知，通過對這些聚類標簽進一步分析，可以發(fā)現(xiàn)三方面的研究內(nèi)容，一是緊緊圍繞MXene材料的應用，包括電磁干涉（electromagnetic interference）、陽極材料（andoe material）、鋰電池（li ion bateries）等聚類，共包括446個節(jié)點;二是關于MXene材料功能方面的結構方面研究，主要是金屬（metal）、類石墨烯過渡金屬納米碳材料（graphene-like transition-metal nanocarbide）、無機石墨烯類似物（inorganic graphene analog）聚類，有54個節(jié)點;三是關于材料計算，廣泛應用于材料結構以及應用之中，包括第一性原理計算（first-principles calculation）聚類，共109個節(jié)點。

3結論與展望

以 Web of Science 數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，通過對MXene材料研究領域研究論文的文獻計量分析反映了MXene材料整體研究趨勢與領域研究熱點和前沿情況。

（1）自第一個MXene成員在2011年首次被美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi教授課題組合成出來以來，MXene材料研究受到廣泛關注而進入研究的快速發(fā)展期。目前該類材料已在多個材料研究領域（如能源、光學、催化等）引發(fā)了全世界的關注，是目前材料科學及工程領域的研究熱點。中國是MXene材料領域研究最活躍的國家，美國、韓國、澳大利亞、印度、新加坡和英國等也是領域內(nèi)活躍度很高的國家，同時中國、美國還是領域內(nèi)影響力最高的國家和地區(qū)，尤其是美國在領域內(nèi)具有非常高的平均影響力。

（2）中國科學院、美國德雷賽爾大學、深圳大學、中國科學院大學和鄭州大學等是領域最活躍的研究機構。MXene材料領域最有影響力的學者包括美國德雷塞爾大學的Yury Gogotsi教授、深圳大學的張晗教授、美國印第安納-普渡聯(lián)合大學的Babak Anasori和美國德雷塞爾大學的Michel W.Barsoum等。從論文關鍵詞來看，在MXene材料研究最多的問題主要包括MXene、性能、納米片、石墨烯、合成和過渡金屬碳化物等，出現(xiàn)頻次均在500次以上。

（3）從MXene材料近幾年的共被引分析得到了其領域核心研究內(nèi)容，主要為MXene材料在儲能、電磁干涉的領域的應用所展開的，主要研究內(nèi)容包括材料的1）可控制備，目前制備具有特定尺寸、缺陷、表面基團的 MXene 納米片仍然很困難;2）官能團及結構改性，目前對于官能團結合機理，界面特性還缺少了解;3）如何提高MXene 納米片在氧氣以及高溫潮濕環(huán)境中的化學和熱穩(wěn)定性，這將是阻礙MXene實際應用的主要障礙。

參考文獻

[1]邱均平，段宇鋒，陳敬全，等.我國文獻計量學發(fā)展的回顧與展望[J].科學學研究 2003;143–148.

[2]趙晏強，李印結，吳躍偉，等.基于文獻計量和關鍵詞的鋰離子電池正極材料的研究進展[J].材料導報 2014;28：140–145.

[3]Wang H，Wu Y，Yuan X，et al.Clay-Inspired MXene- Based Electrochemical Devices and Photo- Electrocatalyst：State-of-the-Art Progresses and Challenges[J].Adv Mater 2018;30：1704561.

[4]Naguib M，Mashtalir O，Carle J，et al.Two-Dimensional Transition Metal Carbides[J].ACS Nano 2012;6：1322–1331.

[5]Zhang Y-Z，Wang Y，Jiang Q，et al.MXene Printing and Patterned Coating for Device Applications[J].Adv Mater 2020;32：1908486.

[6]Anasori B，Lukatskaya MR，Gogotsi Y.2D metal carbides and nitrides （MXenes） for energy storage[J].Nat Rev Mater 2017;2：1–17.

[7]Ahmed B，Ghazaly AE，Rosen J.i ‐MXenes for Energy Storage and Catalysis[J].Adv Funct Mater 2020;30：2000894.

[8]Zhang CJ，Anasori B，Seral-Ascaso A，et al.Transparent，F(xiàn)lexible，and Conductive 2D Titanium Carbide （MXene） Films with High Volumetric Capacitance[J].Adv Mater 2017;29：1702678.

[9]Sun T，Zhang G，Xu D，et al.Defect chemistry in 2D materials for electrocatalysis[J].Mater Today Energy 2019;12：215–238.

[10]Yuan W，Cheng L，An Y，et al.MXene Nanofibers as Highly Active Catalysts for Hydrogen Evolution Reaction[J].ACS Sustain Chem Eng 2018;6：8976–8982.

[11]Cui C，Cheng R，Zhang H，et al.Ultrastable MXene@Pt/ SWCNTs’ Nanocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction[J].Adv Funct Mater 2020;30：2000693.

[12]Pei Y，Zhang X，Hui Z，et al.Ti 3 C 2 T X MXene for Sensing Applications：Recent Progress，Design Principles，and Future Perspectives[J].ACS Nano 2021;15：3996–4017.

[13]Kim SJ，Koh H-J，Ren CE，et al.Metallic Ti 3 C 2 T x MXene Gas Sensors with Ultrahigh Signal-to-Noise Ratio[J].ACS Nano 2018;12：986–993.

第一作者簡介：金虹霞，浙江大學圖書館，浙江省杭州市西湖區(qū)浙大路38號，310007，1992年10月9日，女，漢，浙江海寧，碩士研究生，助理館員，主要從事文獻檢索及數(shù)據(jù)分析;

通訊作者簡介：朱丹誠，浙江樹人大學，浙江省杭州市拱墅區(qū)樹人街8號，310015，主要從事MXene復合材料的制備及催化性能研究

基金項目：浙江省青年基金項目（LQ21E020003）