基于文献计量分析的MXene材料研究进展

金虹霞 朱丹诚

摘要：MXene材料导电性优异，比表面积高、在不同环境下的稳定性好以及广泛的可调性，引起了众多研究者的关注，是目前材料科学及工程领域的研究热点。本文采用文献计量学方法，分析和揭示了MXene材料领域的研究现状和发展趋势，包括主要国家、研究机构和作者等相关分析，特别是通过对文中高频关键词的分析，发现该领域的研究热点及其演变受到广泛关注，以期为MXene材料研究领域的学者提供一些参考。

关键词：MXene;文献计量;CiteSpace;研究热点

中图分类号：G35;TB34 文献标志码：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

文献计量学是以文献为对象，运用数学和统计方法描述、评价和预测科学研究现状和发展趋势的学科。通过对科研成果的定量分析，发现科研活动的特点、规律和相关性，为制定科研政策和开展科研活动提供参考依据[1，2]。

MXene是一类过渡金属碳化物、氮化物以及碳氮化物材料统称，主要通过层状MAX相陶瓷材料的选择性刻蝕制备得到，根据金属元素及组成的不同，形成不同种类的MXene材料[3]，是一个新兴的二维材料家族。自2011年美国德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授课题组[4]首次合成MXene以来，该材料具备优异的导电性，高比表面积、在不同环境都具有较好的稳定性以及广泛的可调性[5，6]，受到了众多研究者的关注。经过多年的研究，MXene可以广泛的应用在储能[6–8]、催化[9–11]、传感[12，13]等领域，具有广泛的实际应用前景，因此，MXene具有重要的实验研究意义，是目前材料科学及工程领域的研究热点。

为了较为客观地反映MXene领域的研究进展和发展趋势，本文采用文献计量学方法分析揭示了MXene领域相关论文的年度变化趋势、主要发表国家、机构、作者以及研究热点与前沿等信息，以期为MXene领域的相关研究人员提供参考。

1数据来源与分析方法

本文的检索数据来源于科学引文检索 Web of Science 核心合集，检索获取MXene材料领域的相关研究论文。检索策略为：主 题 =“MXene* ”，时间跨度 = 所有年，数据库包括 SCI-EXPANDED/SSCI/A&HCI/CPCI-S/CPCI-SSH/ESCI，文献类型限定为 Article or book chapter or proceedings paper or review，检索时间截至 2021 年 9月30日，检索结果共命中5628条记录，经过去重等处理获得有效文献5216篇。

使用SPSS软件和Excel对搜索结果进行清理和分析，使用CiteSpace对该领域的主要研究热点进行分析和可视化。

2WOS国际文献计量分析

2.1发文年度分析

图1显示了世界和中国MXene材料领域WOS论文数量的年度变化趋势。在MXene材料研究领域的WOS论文，无论是在全球还是在中国，都呈现出明显的上升趋势（2021年数据不完整）;其中，2012 - 2016年论文数量增长相对缓慢，处于MXene材料研究的起步阶段;2017年以来，论文数量增速明显加快。到2020年，全球年论文数达到1666篇，仅中国一年就达到1204篇，表明目前MXene材料的研究受到了广泛关注，进入了快速发展时期。

2.2国家与地区分布趋势

图2显示了MXene材料研究领域WOS论文数量最多的10个国家以及这些国家近3年（2019-2021年）的论文发表数量占论文总发表数量的比例。结果显示，中国大陆发表论文最多，共4076篇，其次是美国、韩国、澳大利亚、印度、新加坡和英国。从近三年的论文发表比例来看，印度近三年的论文发表比例高达87.7%，是上述国家中最高的。中国以82.7排在第二位，韩国和澳大利亚也占了80%以上，说明这些国家大量MXene材料的研究工作相对较晚，但近年来活跃度很高。美国作为最早开展MXene材料研究的国家，活跃度近年来有所下降。其他国家的比例相对接近，在70-80%之间，说明这些国家近年来对MXene材料的研究有较高活跃度。

2.3主要发文机构分布

在MXene材料领域，中国科学院的论文发表总量居首位，其次是德雷塞尔大学、深圳大学、中国科学院大学和郑州大学。图3列出了WOS中MXene材料发表数量排名前10的机构的总被引次数和篇均被引次数。美国德雷克塞尔大学在总被引次数和篇均被引次数上均排名第一，分别为54932次和136.99次，体现了德雷克塞尔大学在MXene材料研究领域的突出影响力。美国能源部排名第二，每篇论文被引用83.51次，总被引用11525次，也是该领域非常有影响力的研究机构。相比之下，中国8家机构除中国科学院表现较好外，其余论文影响力指标均不太高，其中10家机构中篇均被引次数达到30倍以上来自中国大陆的机构，仅有中国科学院和中国科学院大学，表明其在提高论文的质量和影响力仍有需努力。

2.4主要研究热点及合作网络

高频关键词在一定程度上可以向我们揭示某一领域的研究热点。WOS检索到的MXene材料领域的5216篇相关论文中，3570篇论文有作者提供的关键词信息。提取并清洗关键词进行词频统计，得到频率大于10的高频词53个，如图4所示。MXene材料研究最多的问题主要有MXene、性能、纳米片、石墨烯、合成、过渡金属碳化物等，频率均超过500次。

我们可以通过作者与研究机构的共现分析得出MXene材料研究领域的权威机构和学者及其合作网络。从CiteSpace中提取2012-2021年发表文章最多的前30位作者，得到MXene材料研究作者合作网络（图5）。由图可知，Yury Gogotsi是文章数量最多的作者，远远超过其他作者。Babak Anasori、Michel W.Barsoum和张晗紧随其后;发表论文20篇以上有24人，共计1242篇;有120位学者发表论文5篇以上，共计1066篇。

在作者合作网络中Yury Gogotsi位于网络中心，是MXene材料研究领域的核心人物，多数的学者与他开展过合作研究，如Michael Naguib、Yohan Dall'Agnese和Mohamed Alhabeb等，他们之间的合作强度大，互引关系强，是MXene材料研究的中坚力量。此外，也有学者组成自己的研究团队，例如张晗、Babak Anasori和黄庆。

CiteSpace提取从2012年到2021年发文量最多的前30个研究机构得到MXene材料研究机构的合作网络（图6），由图可知，出现次数最多的是中国科学院和德雷塞尔大学，其中德雷塞尔大学是Yury Gogotsi所在机构，分别达到560次和390次。其次是中国科学院大学、深圳大学和郑州大学，分别有170次、166次和134次。

从合作关系来看，主要以中国科学院和美国德雷塞尔大学为两个中心点，基本上所有机构都围绕着这两个机构。其中深圳大学、清华大学、郑州大学、北京大学和南方科技大学等与中国科学院存在较强的合作关系。此外，中国科学技术大学、山东大學和深圳大学与美国德雷塞尔大学有较强的合作关系。南京科技大学和大连理工大学、北京航空航天大学和中国科学院大学之间存在较强的合作关系。

2.5引文分析

文献共被引分析对理解研究领域的核心内容具有重要作用。在CiteSpace中，时间跨度设置为2012-2021年，单个时区长度为1 a，节点类型选择参考文献，提取每个时区中被引次数最多的前30篇文章。运行软件后，进行聚类分析和命名，得到文献共被引网络图（图7），共识别出7个聚类。具体数据由表1可知，通过对这些聚类标签进一步分析，可以发现三方面的研究内容，一是紧紧围绕MXene材料的应用，包括电磁干涉（electromagnetic interference）、阳极材料（andoe material）、锂电池（li ion bateries）等聚类，共包括446个节点;二是关于MXene材料功能方面的结构方面研究，主要是金属（metal）、类石墨烯过渡金属纳米碳材料（graphene-like transition-metal nanocarbide）、无机石墨烯类似物（inorganic graphene analog）聚类，有54个节点;三是关于材料计算，广泛应用于材料结构以及应用之中，包括第一性原理计算（first-principles calculation）聚类，共109个节点。

3结论与展望

以 Web of Science 数据库为数据源，通过对MXene材料研究领域研究论文的文献计量分析反映了MXene材料整体研究趋势与领域研究热点和前沿情况。

（1）自第一个MXene成员在2011年首次被美国德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授课题组合成出来以来，MXene材料研究受到广泛关注而进入研究的快速发展期。目前该类材料已在多个材料研究领域（如能源、光学、催化等）引发了全世界的关注，是目前材料科学及工程领域的研究热点。中国是MXene材料领域研究最活跃的国家，美国、韩国、澳大利亚、印度、新加坡和英国等也是领域内活跃度很高的国家，同时中国、美国还是领域内影响力最高的国家和地区，尤其是美国在领域内具有非常高的平均影响力。

（2）中国科学院、美国德雷赛尔大学、深圳大学、中国科学院大学和郑州大学等是领域最活跃的研究机构。MXene材料领域最有影响力的学者包括美国德雷塞尔大学的Yury Gogotsi教授、深圳大学的张晗教授、美国印第安纳-普渡联合大学的Babak Anasori和美国德雷塞尔大学的Michel W.Barsoum等。从论文关键词来看，在MXene材料研究最多的问题主要包括MXene、性能、纳米片、石墨烯、合成和过渡金属碳化物等，出现频次均在500次以上。

（3）从MXene材料近几年的共被引分析得到了其领域核心研究内容，主要为MXene材料在储能、电磁干涉的领域的应用所展开的，主要研究内容包括材料的1）可控制备，目前制备具有特定尺寸、缺陷、表面基团的 MXene 纳米片仍然很困难;2）官能团及结构改性，目前对于官能团结合机理，界面特性还缺少了解;3）如何提高MXene 纳米片在氧气以及高温潮湿环境中的化学和热稳定性，这将是阻碍MXene实际应用的主要障碍。

参考文献

[1]邱均平，段宇锋，陈敬全，等.我国文献计量学发展的回顾与展望[J].科学学研究 2003;143–148.

[2]赵晏强，李印结，吴跃伟，等.基于文献计量和关键词的锂离子电池正极材料的研究进展[J].材料导报 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，Flexible，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，浙江大学图书馆，浙江省杭州市西湖区浙大路38号，310007，1992年10月9日，女，汉，浙江海宁，硕士研究生，助理馆员，主要从事文献检索及数据分析;

通讯作者简介：朱丹诚，浙江树人大学，浙江省杭州市拱墅区树人街8号，310015，主要从事MXene复合材料的制备及催化性能研究

基金项目：浙江省青年基金项目（LQ21E020003）