二维材料因其高比表面积，独特的电子结构及物理化学性质而引起人们的广泛关注。作为研究最为广泛的二维材料，石墨烯因其超高的力学强度、优异的电导率及热导率，在电化学储能，透明电极材料，及纳米复合材料等领域展现出广泛的应用前景，但本征的零带隙及单一的化学组成限制了其在场效应晶体管等领域的应用。二元及三元二维材料，如金属氧化物、层状金属硫族化合物，六方氮化硼，层状氢氧化物等体系的研究日益受到关注。
二维层状过渡金属碳化物纳米片(MXenes)材料则是近年来发现的一类新型二维材料，由美国Drexel大学Michel Barsoum在此领域做了大量开拓性研究，目前该实验室已相继获得Ti3C2Tz,Ti2CTz，Ta4C3Tz,TiNbCTz, (V0.5,Cr0.5)3C2Tz, Ti3CNTz, Nb2CTz，V2CTz, Nb4C3Tz, Mo2TiC2Tz,Mo2Ti2C3Tz, Cr2TiC2Tz, Mo2CTz, Ti4N3Tz等MXenes结构。
MXenes具有高比表面积、良好的导电性和亲水性，理论预测这类材料具有高弹性模量及高载流子迁移率，在导电材料及功能增强复合材料等方面有良好的应用前景。前期研究发现多种阳离子能够自发地插入到MXenes材料层间，因此在储能领域也有良好的应用前景。
如已有的研究报道，Ti3C2Tz、Ti2CTz、V2CTz、Nb2CTz等可作为锂离子电池和超级电容器的电极材料，它们具有较高的比容量（可达410 mAh/g @ 1 C）和体积比电容（可达900F/cm3）以及良好的充放电循环稳定性。正因为此，如何抢先合成出具有丰富d电子结构的过渡金属碳化物材料已成为全世界关注的焦点。
目前，MXenes的制备主要是通过HF酸，NH4HF2溶液，LiF及HCl混合溶液及低共熔混合盐介质中对A位为Al的MAX相材料(为一超过70组员的材料体系)中的Al原子选择性刻蚀而得到。
中国科学院宁波材料所特种纤维与核能材料工程实验室采用原位反应放电等离子烧结法(SPS)获得的高纯新型Zr3Al3C5层状碳化物作为前驱体，以HF酸为蚀刻剂，选择性剥离键合较弱、易于水解的Al-C结构单元，首次获得Zr系二维MXenes材料。该工作已发表在国际期刊Angewandte Chemie-International Edition（128,5092-5097, 2016）。
相比于Zr系材料，Hf系层状碳化物更难获得单一的物相，通常获得的是Hf3Al3C5、Hf3Al4C6和Hf2Al4C5三元化合物的混合相，并且由于较强的亚层间界面结合，研究发现直接以三元Hf-Al-C复合相为前驱体难以通过选择性刻蚀法获得Hf系二维材料，所得到的剥离产物主要为立方相HfC。
研究人员基于固溶法调谐单胞内亚层的思路，在Al位引入少量Si，采用SPS方法合成了新型Hf2[Al(Si)]4C5和Hf3[Al(Si)]4C6固溶体材料，以此固溶体为前驱体，以HF酸为蚀刻剂，实现了对Al(Si)-C结构单元的选择性剥离，首次获得了Hf系二维MXenes材料。Hf系新颖二维碳化物材料在储能、吸波和光电器件上有着潜在的应用。
该实验室发现其具有优良的电化学循环储能特性，在锂电池和钠电池测试中在电流密度为200mAg-1循环200次后分别得到体积比容量为1567mAhcm-3and504mAhcm-3。高体积比容量材料有望应用于发可应用于空间飞行器、移动装备等小型化供能系统中。该新型Hf系MXene二维材料工作近期已经被国际期刊ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.7b00030）接收发表。
另外，该实验室与香港城市大学教授支春义合作，利用常规水热处理方法获得了量子点结构的Ti3C2型MXene材料。该量子点材料具有很好的荧光特性和生物相容性，有望在无稀土发光显示材料和生物标记及光热治疗等领域得到广泛应用。该工作也将在2017年的《先进材料》（Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.201604847）期刊上出版。
目前国际上MXene材料研究方兴未艾，正逐步成为继石墨烯、二硫化钼、黑鳞等二维材料之后新的研究热点。中国科学家在Zr系和Hf系对应MXene材料合成上的突破将有力扩展人们对于二维材料认识的视野，也对于纳米能源器件和光电器件研究提供全新的素材。以上工作得到国家自然科学基金委和中科院核能材料创新团队的支持。Hf系MXene材料合成示意图和原子力显微镜形貌图。
目前元素周期表过渡族金属区域业已合成出对应的MXene材料，其中Zr系和Hf系由中国科学院合成。