MXenes, a new family of 2D materials, combine hydrophilic surfaces with metallic conductivity. Delamination of MXene produces single-layer nanosheets with thickness of about a nanometer and lateral size of the order of micrometers. The high aspect ratio of delaminated MXene renders it promising nanofiller in multifunctional polymer nanocomposites. Herein, Ti3C2T(x) MXene was mixed with either a charged polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) or an electrically neutral polyvinyl alcohol (PVA) to produce Ti3C2T(x)/polymer composites. The as-fabricated composites are flexible and have electrical conductivities as high as 2.2 × 10(4) S/m in the case of the Ti3C2T(x)/PVA composite film and 2.4 × 10(5) S/m for pure Ti3C2T(x) films. The tensile strength of the Ti3C2T(x)/PVA composites was significantly enhanced compared with pure Ti3C2T(x) or PVA films. The intercalation and confinement of the polymer between the MXene flakes not only increased flexibility but also enhanced cationic intercalation, offering an impressive volumetric capacitance of ∼530 F/cm(3) for MXene/PVA-KOH composite film at 2 mV/s. To our knowledge, this study is a first, but crucial, step in exploring the potential of using MXenes in polymer-based multifunctional nanocomposites for a host of applications, such as structural components, energy storage devices, wearable electronics, electrochemical actuators, and radiofrequency shielding, to name a few.

Free-standing and flexible sandwich-like MXene/carbon nanotube (CNT) paper, composed of alternating MXene and CNT layers, is fabricated using a simple filtration method. These sandwich-like papers exhibit high volumetric capacitances, good rate performances, and excellent cycling stability when employed as electrodes in supercapacitors.

Nanometer-thin sheets of 2D Ti3C2Tx (MXene) have been assembled into freestanding or supported membranes for the charge- and size-selective rejection of ions and molecules. MXene membranes with controllable thicknesses ranging from hundreds of nanometers to several micrometers exhibited flexibility, high mechanical strength, hydrophilic surfaces, and electrical conductivity that render them promising for separation applications. Micrometer-thick MXene membranes demonstrated ultrafast water flux of 37.4 L/(Bar·h·m(2)) and differential sieving of salts depending on both the hydration radius and charge of the ions. Cations with a larger charge and hydration radii smaller than the interlayer spacing of MXene (∼6 Å) demonstrate an order of magnitude slower permeation compared to single-charged cations. Our findings may open a door for developing efficient and highly selective separation membranes from 2D carbides.

The integrated hybrid architectures composed of edge site-enriched nickel–cobalt sulfide (Ni–Co–S) nanoparticles and graphene as advanced materials for asymmetric supercapacitors are configured, delivering a superb rate capability.

The practical application of graphene has still been hindered by high cost and scarcity in supply. It boosts great interest in seeking for low‐cost substitute of graphene for upcoming usage where extremely physical properties are not absolutely critical. The conversion of renewable biomass offers a great opportunity for sustainable and economic fabrication of 2D carbon nanostructures. However, large‐scale production of carbon nanosheets with ultrahigh aspect ratio, satisfied electronic properties, and the capability of organized assembly like graphene has been rarely reported. In this work, a facile yet efficient approach for mass production of flexible boric/nitrogen co‐doped carbon nanosheets with very thin thickness of 5–8 nm and ultrahigh aspect ratio of over 6000–10 000 is demonstrated by assembling the biomass molecule in long‐range order on 2D hard template and subsequent annealing. The advantage of these doped carbon nanosheets over conventional products lies in that they can be readily assembled to multilevel architectures such as freestanding flexible thin film and ultralight aerogels with better electrical properties, which exhibit exceptional capacitive performance for supercapacitor application. The recyclability of boric acid template further reduces the discharge of the waste and processing cost, rendering high cost‐effectiveness and environmental benignity for scalable production.

A general approach is developed for the synthesis of 2D porous carbon nanosheets (PCNS) from bio‐sources derived carbon precursors (gelatin) by an integrated procedure of intercalation, pyrolysis, and activation. Montmorillonite with layered nanospace is used as a nanotemplate or nanoreactor to confine and modulate the transformation of gelatin, further leading to the formation of 2D nanosheet‐shaped carbon materials. The as‐made 2D PCNS exhibits a significantly improved rate performance, with a high specific capacitance of 246 F g −1 and capacitance retention of 82% at 100 A g −1 , being nearly twice that of microsized activated carbon particulates directly from gelatin (131 F g −1 , 44%). The shortened ion transport distance in the nanoscaled dimension and modulated porous structure is responsible for such an enhanced superior rate capability. More importantly, the present strategy can be extended to other bio‐sources to create 2D PCNS as electrode materials with high‐rate performance. This will also provide a potential strategy for configuring 2D nanostructured carbon electrode materials with a short ion transport distance for supercapacitors and other carbon‐related energy storage and conversion devices.

Novel hierarchical activated carbon nanofiber (ACF) webs with tuned structure have been fabricated by incorporating carbon black (CB) into an electrospun polymer solution, followed by heat treatment. The as-made electrospun ACF webs show superior capacities as electrode materials in capacitive deionization (CDI) for desalination due to their advantageous hierarchical structures.

Ternary-component NiCoAl-layered double hydroxide nanosheets (NiCoAl-LDH) and multiwall carbon nanotube (MWCNT) nanohybrids (NiCoAl-LDH–MWCNT) have been successfully fabricated by a facile yet simple urea precipitation method. The MWCNTs are well incorporated into the network of NiCoAl-LDH nanosheets to form homogeneous nanohybrid materials. The electrochemical performances of nanohybrids as pseudocapacitor electrode materials were measured and investigated by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge and discharge techniques. It was found that the electrochemical performances of NiCoAl-LDH nanosheets are enhanced by the incorporation of MWCNTs into the sheet-shaped NiCoAl-LDH network. The specific capacitance of NiCoAl-LDH–MWCNT nanohybrids reaches 1035 F g−1 at a current density of 1 A g−1, and keeps a value of 597 F g−1 with a 57.7% capacitance retention rate even at a current density of 10 A g−1, which increases by 33.3% in comparison to that of the pristine NiCoAl-LDH nanosheets.

Interfacial water evaporation, powered by solar energy, holds great promise to extract freshwater from seawater on a global scale. It has the potential to address the world's water scarcity challenges using renewable energy. While the ideal design of evaporator materials is critical to the interfacial vaporization desalination, tailoring the structures and compositions of solar evaporators and figure out the structure/composition-performance relationship of evaporators remains unexplored. Herein, 3D macroporous "brick-concrete" MXene/sodium alginate aerogel (MSA) evaporators were designed and fabricated with constant MXene content and varying polymer loading. The as-made MSAs show sodium alginate-dependent evaporating performance with an optimum evaporation rate of 3.28 kg m−2 h−1 (1 sun). This exceptional rate is attributed to several factors, including enhanced light absorption, optimized pore sizes, reduced enthalpy of evaporation and improved water transport. The water molecule states and hydrogen bonding network in the aerogels can be tuned by their compositions, resulting in the reduced evaporation enthalpy, the monolithic structures with controlled thermal conductivity facilitate the exploitation of environmental energy, leading to the high evaporation rate. Our study not only establishes design principles for achieving superior evaporation performance, but also sheds light on the relationship between structures, compositions, and performance of solar evaporators.