113 年 國立高雄大學化學工程及材料工程學系碩士班《化工動力學》

本題主要考驗學生對基本理想反應器種類的認知與比較。理想反應器是化學反應工程中用於簡化分析的基礎模型，理解其特性有助於後續的反應器設計與操作分析。

三種理想反應器分別為：

1. 理想間歇式反應器 (Ideal Batch Reactor, BR)

   • 特徵: 系統是封閉的，沒有物料進出。反應物一次性加入，反應進行一段時間後，產物一次性取出。反應器內的組成、溫度、壓力均隨時間變化。
   • 用途: 適用於產量小、反應時間長、反應速率慢、或需要高純度產品的製程。例如：醫藥品、特用化學品、發酵製程等。
   • 優點: 操作簡單，適用範圍廣，易於控制反應條件，適合多品種、小批量的生產。
   • 缺點: 生產效率較低，無法連續操作，勞動力需求較高，批次間的差異可能導致產品品質不穩定。

2. 理想連續攪拌槽反應器 (Ideal Continuous Stirred-Tank Reactor, CSTR)

   • 特徵: 進料和出料是連續的。反應器內物料被充分攪拌，使得反應器內任何位置的組成、溫度、壓力均與出料相同。進料與出料組成不同。

本題考驗對 Arrhenius 定律的理解，這是化學反應動力學中描述反應速率常數與溫度關係的核心公式。

Arrhenius 定律的公式為：
$k = A e^{-E_a / (RT)}$
其中：

• $k$：反應速率常數 (rate constant)，單位隨反應級數而異，表示在特定溫度下反應進行的快慢。
• $A$：前因因子 (pre-exponential factor) 或稱頻率因子 (frequency factor)。它代表了反應物分子在碰撞時，其動能足以克服活化能且碰撞方向正確的頻率。其單位與速率常數 $k$ 相同。

本題考驗對化學反應速率基本定義的理解。反應速率是描述化學反應進行快慢的量。

化學反應速率的定義為：單位時間內，反應物濃度的減少量或產物濃度的增加量。

數學上，對於一個一般的化學反應：
$aA + bB \rightarrow cC + dD$

反應速率 $r$ 可以表示為：

本題考驗對影響化學反應速率主要因素的掌握。這些因素是化學反應工程設計與操作的基礎。

影響化學反應速率的主要變因包括：

1. 反應物濃度 (Concentration of Reactants)：一般而言，反應物濃度越高，單位體積內碰撞的分子數越多，反應速率越快。
2. 溫度 (Temperature)：溫度升高通常會顯著增加反應速率。這是因為高溫使得分子平均動能增加，更多分子擁有足夠的活化能（$E_a$），且碰撞頻率也可能略有增加（依 Arrhenius 定律）。
3. 壓力 (Pressure)：對於氣相反應，壓力升高相當於提高了反應物濃度，因此會增加反應速率。對於液相反應，壓力影響通常較小，除非反應涉及體積變化很大的情況。

本題為翻譯題，考驗學生對英文專業術語的理解與中文的表達能力。

原文：
An MXene is a novel two-dimensional transition metal carbide or nitride, with a typical formula of $M_{n+1}X_n T_x$ ($M$= transition metals, $X$= carbon or nitrogen, $T$= functional groups). MXenes have gained wide application in biomedicine and biosensing, owing to their high biocompatibility, abundant reactive surface groups, good conductivity, and photothermal properties. Applications include photo- and electrochemical sensors, energy storage, and electronics. The high surface area and reactivity of MXene provide an interface to respond to the changes in the environment, allowing MXene-based drug carriers to respond to changes of pH, reactive oxygen species (ROS), and electrical signals for controlled release applications. Furthermore, MXene conductivity enables it to provide electrical stimulation for cultured cells and gives it photocatalytic capabilities that can be used in antibiotic applications. (Reproduced from https://doi.org/10.1039/D3MH01588B with permission from the Royal Society of Chemistry.)

翻譯：

1. **An MXene is a novel two-dimensional transition metal carbide or nitride, with a typical formula of

本題考驗對酵素動力學中 Michaelis-Menten 機制及其公式推導的理解。這是酵素反應動力學的基礎。

Michaelis-Menten 機制假設酵素 E 與基質 S 結合，形成一中間產物 ES，然後 ES 再分解產生產物 P 和再生酵素 E。此反應過程可表示如下：

$E + S \underset{k_{-1}}{\stackrel{k_1}{\rightleftharpoons}} ES \stackrel{k_2}{\longrightarrow} E + P$

其中：

• $k_1$ 是 E 與 S 結合生成 ES 的正向速率常數。
• $k_{-1}$ 是 ES 解離回 E 和 S 的逆向速率常數。
• $k_2$ 是 ES 分解生成 E 和 P 的速率常數。

推導步驟：

1. 假設穩態近似 (Steady-State Approximation)：
   在反應過程中，中間產物 ES 的濃度保持相對穩定，即 ES 的生成速率等於其分解速率。
   ES 的生成速率 = $k_1[E][S]$
   ES 的分解速率 = $k_{-1}[ES] + k_2[ES]$
   根據穩態近似：
   $k_1[E][S] = (k_{-1} + k_2)[ES]$ (式 1)

2. 考慮總酵素濃度：
   總酵素濃度 $[E]_0$ 是游離酵素 $[E]$ 和結合酵素 $[ES]$ 的總和：
   $[E]_0 = [E] + [ES]$
   因此，游離酵素濃度 $[E] = [E]_0 - [ES]$ (式 2)

3. 將式 2 代入式 1：
   $k_1([E]_0 - [ES])[S] = (k_{-1} + k_2)[ES]$
   $k_1[E]_0[S] - k_1[ES][S] = (k_{-1} + k_2)[ES]$

本題考驗對 Michaelis-Menten 公式中關鍵參數 $V_{max}$ 和 $K_m$ 的理解，包括如何從實驗數據中求得它們，以及它們的生理和化學意義。

Michaelis-Menten 公式為：$v = \frac{V_{max}[S]}{K_m + [S]}$

1. 如何求得 $V_{max}$ 和 $K_m$：

通常是通過實驗測量不同基質濃度 $[S]$ 下的反應速率 $v$ 值，然後繪製圖形或進行數據擬合來求得 $V_{max}$ 和 $K_m$。

• 圖形法 (Lineweaver-Burk Plot)：
  這是最常用的方法之一。將 Michaelis-Menten 公式取倒數，可以得到一個線性方程：
  $\frac{1}{v} = \frac{K_m + [S]}{V_{max}[S]} = \frac{K_m}{V_{max}[S]} + \frac{[S]}{V_{max}[S]}$
  $\frac{1}{v} = \frac{K_m}{V_{max}} \frac{1}{[S]} + \frac{1}{V_{max}}$
  這是一個直線方程 $y = mx + c$ 的形式，其中：

  • $y = \frac{1}{v}$
  • $x = \frac{1}{[S]}$
  • 斜率 $m = \frac{K_m}{V_{max}}$
  • y 軸截距 $c = \frac{1}{V_{max}}$
  • x 軸截距 (當 $y=0$ 時) = $-\frac{1}{K_m}$

  通過繪製 $\frac{1}{v}$ 對 $\frac{1}{[S]}$ 的圖，可以從圖形的截距和斜率計算出 $V_{max}$ 和 $K_m$。

• 其他線性化方法：例如 Eadie-Hofstee 圖 ($v$ 對 $v/[S]$) 和 Hanes-Woolf 圖 ($(v/[S])$ 對 $v$)。

• 非線性迴歸：直接使用軟體對原始數據 $([S], v)$ 進行非線性迴歸分析，擬合 Michaelis-Menten 方程式，直接得到 $V_{max}$ 和 $K_m$ 的值。

2. $V_{max}$ 的意義：

$V_{max}$ 是最大反應速率。當基質濃度 $[S]$ 足夠高，使得所有酵素分子都與基質結合（即酵素飽和，$[ES] \approx [E]_0$）時，反應速率達到其最大值。

本題考驗對酵素動力學中抑制劑種類及其作用機制的理解。抑制劑是影響酵素活性的重要因素。

酵素抑制劑 (Enzyme Inhibitors) 是能夠降低酵素活性或完全抑制酵素活性的分子。它們可以分為以下幾類：

一、可逆性抑制劑 (Reversible Inhibitors)
這類抑制劑與酵素的結合是暫時的，並且可以通過改變條件（如增加基質濃度、稀釋或透析）來移除，從而恢復酵素活性。

1. 競爭性抑制劑 (Competitive Inhibitors)

   • 結構: 通常結構與天然基質相似，能夠與基質競爭結合到酵素的活性位點 (active site)。
   • 機制: 抑制劑與酵素結合形成 EI 複合物，但該複合物無法生成產物。由於抑制劑和基質競爭同一活性位點，增加基質濃度可以克服競爭性抑制。
   • 對動力學參數的影響:
     • $V_{max}$ 不變：當基質濃度足夠高時，基質可以完全佔據活性位點，酵素達到最大速率。
     • $K_m$ 增加：需要更高的基質濃度才能達到一半的最大速率。

2. 非競爭性抑制劑 (Non-competitive Inhibitors)

   • 結構: 其結構通常與基質不同，可以結合到酵素的活性位點以外的其他位點（異位點，allosteric site）。
   • 機制: 抑制劑結合到酵素上（形成 EI 複合物），或者結合到 ES 複合物上（形成 ESI 複合物），但無論何種情況，抑制劑的結合都會改變酵素的構象，降低其催化效率，但不會影響基質與酵素的結合。
   • 對動力學參數的影響:
     • $V_{max}$ 降低：即使基質濃度很高，酵素的催化效率也因抑制劑的存在而降低。
     • $K_m$ 不變：抑制劑不影響基質與酵素活性位點的結合能力。
   • 注意: 純粹的非競爭性抑制劑較為罕見，更多的是混合型抑制劑。

3. 混合性抑制劑 (Mixed Inhibitors)

   • 結構: 與競爭性或非競爭性抑制劑類似，但它們可以與游離酵素或 ES 複合物結合，且對結合位點的親和力可能不同。

核心觀念

題目未提供具體反應式、反應器型式與進料條件，因此以下採用化工動力學中最一般的假設：

• 單一不可逆反應：$A\rightarrow$ 生成物
• 穩態、定態操作
• 理想塞流反應器（PFR）
• 無徑向混合，反應物濃度隨軸向位置改變
• $A$ 的反應速率定義為

$$-r_A=-\frac{dC_A}{dt}$$

其中 $-r_A$ 的單位通常為 $\mathrm{mol\,volume^{-1}\,time^{-1}}$。

本題的核心是將「物料衡算」與「反應速率」連結，推導反應器體積 $V$ 與反應速率 $-r_A$ 的關係。

解題方法

取塞流反應器中一個微小體積 $dV$，對反應物 $A$ 進行穩態物料衡算。

入口莫耳流率為 $F_A$，出口莫耳流率為 $F_A+dF_A$。由於 $A$ 被消耗，反應造成的莫耳流率變化為

$$dF_A=r_A\,dV$$

因為 $r_A$ 對反應物而言為負值，所以也可寫成

$$-dF_A=(-r_A)\,dV$$

整理得

$$dV=\frac{-dF_A}{-r_A}$$

由入口至出口積分：

$$V=\int_{F_A}^{F_{A0}}\frac{dF_A}{-r_A}$$

其中：

• $F_{A0}$：反應器入口處 $A$ 的莫耳流率
• $F_A$：反應器出口處 $A$ 的莫耳流率
• $V$：反應器體積

若以轉化率 $X_A$ 表示：

$$X_A=\frac{F_{A0}-F_A}{F_{A0}}$$

因此

$$F_A=F_{A0}(1-X_A)$$

微分後得到

$$-dF_A=F_{A0}\,dX_A$$

代入物料衡算式：

$$dV=\frac{F_{A0}\,dX_A}{-r_A}$$

積分後，塞流反應器的設計方程式為

$$\boxed{ V=F_{A0}\int_0^{X_A}\frac{dX_A}{-r_A} }$$

這就是反應速率與反應器體積之間的基本關係式。

若反應速率符合冪次律：

$$-r_A=kC_A^n$$

則

$$V=F_{A0}\int_0^{X_A} \frac{dX_A}{kC_A^n}$$

核心觀念

本題延續第（1）題，重點是將「零級反應速率式」與「批次反應器的莫耳衡算」結合，求出反應體積 $V$ 隨時間 $t$ 的變化。

設反應物 $A$ 的轉化率為 $X_A$，初始體積為 $V_0$，初始濃度為 $C_{A0}$。若反應造成總莫耳數改變，則體積會隨轉化率改變，可寫成

$$V=V_0(1+\varepsilon_A X_A)$$

其中 $\varepsilon_A$ 為體積膨脹因子。對氣相定溫定壓系統，此式來自理想氣體定律；對液相系統，則代表反應前後體積隨反應進行的線性變化。

---

解題方法與推導

零級反應的速率式為

$$-r_A=k$$

其中 $k$ 為零級反應速率常數。

對批次反應器進行反應物 $A$ 的莫耳衡算：

$$\frac{dN_A}{dt}=r_A V$$

因為

$$N_A=N_{A0}(1-X_A)$$

所以

$$\frac{dN_A}{dt}=-N_{A0}\frac{dX_A}{dt}$$

代入莫耳衡算式：

$$-N_{A0}\frac{dX_A}{dt}=-kV$$

因此

$$N_{A0}\frac{dX_A}{dt}=kV$$

又因為

$$N_{A0}=C_{A0}V_0$$

且

$$V=V_0(1+\varepsilon_A X_A)$$

故有

$$C_{A0}V_0\frac{dX_A}{dt} = kV_0(1+\varepsilon_A X_A)$$

約去 $V_0$：

$$C_{A0}\frac{dX_A}{dt} = k(1+\varepsilon_A X_A)$$

整理得

$$dt= \frac{C_{A0}}{k} \frac{dX_A}{1+\varepsilon_A X_A}$$

由初始條件 $t=0$ 時 $X_A=0$，積分至時間 $t$：

$$t= \frac{C_{A0}}{k} \int_0^{X_A} \frac{dX_A}{1+\varepsilon_A X_A}$$

因此

核心觀念

本題承接第（1）題，採用氣相批次反應器的常見假設：

• 反應溫度 $T$ 與壓力 $P$ 恆定。
• 氣體遵守理想氣體定律。
• 反應為 $A\rightarrow$ 產物的一級反應。
• 由第（1）題可得體積與轉化率的關係：

$$V=V_0(1+\varepsilon X)$$

其中：

• $V_0$：初始體積
• $V$：時間 $t$ 時的體積
• $X$：反應物 $A$ 的轉化率
• $\varepsilon$：氣體膨脹因子

一級反應速率式為：

$$-r_A=kC_A$$

其中 $k$ 為一級反應速率常數。

---

解題方法

體積會隨反應進行而改變，因此不能直接將濃度 $C_A$ 當作固定體積批次反應器中的濃度處理。應由反應物莫耳數的批次反應器物料衡算開始。

1. 建立莫耳數與轉化率的關係

反應物 $A$ 在時間 $t$ 時的莫耳數為：

$$N_A=N_{A0}(1-X)$$

批次反應器的物料衡算為：

$$\frac{dN_A}{dt}=r_AV$$

由一級反應速率式：

$$r_A=-kC_A=-k\frac{N_A}{V}$$

代入物料衡算：

$$\frac{dN_A}{dt} = \left(-k\frac{N_A}{V}\right)V$$

因此：

$$\frac{dN_A}{dt}=-kN_A$$

這是莫耳數形式的一級反應方程式。

---

2. 積分求得轉化率與時間的關係

將 $N_A=N_{A0}(1-X)$ 代入：

$$\frac{d}{dt}\left[N_{A0}(1-X)\right] = -kN_{A0}(1-X)$$

因為 $N_{A0}$ 為常數：

$$-N_{A0}\frac{dX}{dt} = -kN_{A0}(1-X)$$

約去 $N_{A0}$：

$$\frac{dX}{dt}=k(1-X)$$

分離變數：

$$\frac{dX}{1-X}=k\,dt$$

由初始條件 $t=0$ 時 $X=0$，積分得：

$$\int_0^X\frac{dX}{1-X} = \int_0^t k\,dt$$

所以：

$$-\ln(1-X)=kt$$

即：

$$X=1-e^{-kt}$$

---

3. 代回體積與轉化率的關係

核心觀念

本題需承接第 (1) 題的反應系統與體積假設。若未另行指定，採用化工動力學常見模型：

• 批次反應器；
• 等溫、等壓；
• 氣相反應造成總莫耳數改變，因此體積隨時間改變；
• 反應速率為二級反應：

$$-r_A=kC_A^2$$

定義轉化率

$$X_A=\frac{N_{A0}-N_A}{N_{A0}}$$

若反應造成體積變化，常用關係式為

$$V=V_0(1+\varepsilon X_A)$$

其中

$$\varepsilon = \frac{\Delta \nu}{-\nu_A}y_{A0}$$

$\Delta \nu$ 為反應前後總莫耳數的變化，$y_{A0}$ 為反應物 $A$ 的初始莫耳分率。

---

解題方法

1. 以轉化率表示莫耳數與濃度

由轉化率定義：

$$N_A=N_{A0}(1-X_A)$$

又因為

$$C_A=\frac{N_A}{V}$$

且

$$N_{A0}=C_{A0}V_0$$

因此

$$C_A = \frac{C_{A0}V_0(1-X_A)} {V_0(1+\varepsilon X_A)}$$

得到

$$C_A = C_{A0}\frac{1-X_A}{1+\varepsilon X_A}$$

---

2. 建立批次反應器物料衡算

批次反應器中：

$$-\frac{dN_A}{dt}=(-r_A)V$$

由

$$N_A=N_{A0}(1-X_A)$$

可得

$$-\frac{dN_A}{dt} = N_{A0}\frac{dX_A}{dt}$$

代入二級反應速率式：

$$N_{A0}\frac{dX_A}{dt} = kC_A^2V$$

因此

$$\frac{dX_A}{dt} = \frac{kC_A^2V}{N_{A0}}$$

代入

$$C_A=C_{A0}\frac{1-X_A}{1+\varepsilon X_A}$$

以及

$$V=V_0(1+\varepsilon X_A)$$

可得

$$\frac{dX_A}{dt} = kC_{A0} \frac{(1-X_A)^2}{1+\varepsilon X_A}$$

整理為

$$dt = \frac{1+\varepsilon X_A} {kC_{A0}(1-X_A)^2}\,dX_A$$

---

3. 積分得到時間與轉化率的關係

由初始條件 $t=0$ 時 $X_A=0$，積分得：

$$kC_{A0}t = \int_0^{X_A} \frac{1+\varepsilon X}{(1-X)^2}\,dX$$

積分結果為：

$$kC_{A0}t = \frac{1+\varepsilon}{1-X_A} +\varepsilon\ln(1-X_A) -(1+\varepsilon)$$

所以二級反應的轉化率—時間公式為

$$\boxed{ kC_{A0}t = (1+\varepsilon) \left( \frac{1}{1-X_A}-1 \right) + \varepsilon\ln(1-X_A) }$$

---

體積對時間之公式

由體積與轉化率的關係：

$$V(t)=V_0(1+\varepsilon X_A(t))$$

而 $X_A(t)$ 必須滿足

本題考驗對平行反應中瞬間產量分率 (Instantaneous Fractional Yield) 定義的理解。瞬間產量分率描述了在某一時刻，生成期望產物的速率相對於總產物生成速率的比例。

題目描述的平行反應為：
$D + E \rightarrow A$ (期望產物)
$D + E \rightarrow B$ (副產物)

假設反應速率律為：
$r_A = \frac{d[A]}{dt} = k_A [D]^m [E]^n$
$r_B = \frac{d[B]}{dt} = k_B [D]^p [E]^q$

然而，題目中並沒有給出反應級數，且反應物 D 和 E 的濃度是共同的。
在平行反應中，瞬間產量分率 (Instantaneous Fractional Yield, $Y_A$) 的定義是：
$Y_A = \frac{\text{Rate of formation of desired product A}}{\text{Total rate of formation of all products}}$
$Y_A = \frac{r_A}{r_A + r_B}$

題目給出了反應速率的表達式（頁面 2 的上方）：
$\frac{dC_A}{dt} = 2.0 C_D^1 C_E^1 \ mol/L \cdot min$ (希望得到的產物)

本題考驗學生在平行反應體系中，如何利用塞流反應器 (Plug Flow Reactor, PFR) 的設計方程，結合反應動力學，計算最終產物的濃度。

首先，我們確認反應速率律：
$r_A = \frac{dC_A}{dt} = 2.0 [D][E]$
$r_B = \frac{dC_B}{dt} = 2.0 [D][E]$

由於兩個反應共享相同的反應物 D 和 E，並且速率律相同，它們的速率常數也相同。
這意味著：
$\frac{dC_A}{dt} = \frac{dC_B}{dt}$
因此，在任何時刻，產物 A 和產物 B 的生成速率是相同的。

在 PFR 中，設計方程是基於物種的莫耳衡算。對於反應物 D (或 E)，其設計方程為：
$F_{D0} - F_D + r_D V = 0$
其中 $F_{D0}$ 是進料 D 的莫耳流量，$F_D$ 是出口 D 的莫耳流量，$r_D$ 是 D 的反應速率，$V$ 是反應器體積。
由於 D 是反應物，其反應速率為 $r_D = -(r_A + r_B)$。

對於 PFR，我們通常使用空間時間 $\tau$ 或反應器尺寸 (如出口濃度) 來表示。
對於 $A \rightarrow \text{Products}$ 的 PFR，設計方程通常寫成：
$\frac{dC_A}{dz} = \frac{r_A}{u_0}$ (如果體積恆定)
或者，更一般地，考慮體積變化（雖然這裡題目沒說體積變化，但平行反應可能導致體積變化，不過由於兩個反應的莫耳數產物相同，體積變化為零）。
假設體積恆定，或更常見地，在 PFR 中，我們通常關注反應物濃度的變化隨反應器長度或停留時間的變化。

對於平行反應，我們可以建立反應物濃度的變化與產物濃度的變化之間的關係。
從 $r_A = 2.0 [D][E]$ 和 $r_B = 2.0 [D][E]$，我們得到 $r_A = r_B$。
這意味著：
$\frac{dC_A}{dt} = \frac{dC_B}{dt}$
對時間積分，假設初始產物濃度為零 ($C_{A0}=0, C_{B0}=0$)：
$C_A(t) = C_B(t)$

另外，反應物 D 和 E 的消耗是相同的：
$r_D = -(r_A + r_B) = -(2.0 [D][E] + 2.0 [D][E]) = -4.0 [D][E]$
$r_E = -(r_A + r_B) = -4.0 [D][E]$
所以，反應物 D 和 E 的消耗速率也相同。
$d[D] = d[E]$
積分得到：$[D] - [D]_0 = [E] - [E]_0$
因為初始濃度相同，$C_{D0} = C_{E0} = 9.0 \ mol/L$，所以：
$[D](t) = [E](t)$ 在任何時刻 $t$。

現在我們知道：
$C_A = C_B$
$[D] = [E]$

令 $[D] = [E] = C$。
則 $r_A = 2.0 C^2$ 且 $r_B = 2.0 C^2$。
反應物 D 的消耗速率：
$\frac{d[D]}{dt} = -(r_A + r_B) = -(2.0 C^2 + 2.0 C^2) = -4.0 C^2$
由於 $[D] = C$，所以 $\frac{dC}{dt} = -4.0 C^2$。

這是一個標準的二級反應速率方程。我們可以積分求出 $C$ (即 $[D]$ 或 $[E]$) 隨時間 $t$ 的變化。
$\int_{C_0}^{C} \frac{dC'}{C'^2} = \int_0^t -4.0 dt'$
$[-\frac{1}{C'}]_{C_0}^{C} = -4.0 t$
$-\frac{1}{C} + \frac{1}{C_0} = -4.0 t$
$\frac{1}{C} - \frac{1}{C_0} = 4.0 t$
$\frac{1}{C} = \frac{1}{C_0} + 4.0 t = \frac{1 + 4.0 t C_0}{C_0}$
$C(t) = \frac{C_0}{1 + 4.0 t C_0}$

這裡 $C_0 = [D]_0 = [E]_0 = 9.0 \ mol/L$。
$C(t) = \frac{9.0}{1 + 4.0 t (9.0)} = \frac{9.0}{1 + 36.0 t}$

現在我們知道反應物濃度 $C(t)$ 隨時間的變化。
我們也知道 $r_A = 2.0 C^2 = 2.0 \left( \frac{9.0}{1 + 36.0 t} \right)^2$。
產物 A 的生成速率 $r_A$ 隨時間變化。

本題為翻譯題，考驗學生對英文專業術語的理解與中文的表達能力。

原文：
An MXene is a novel two-dimensional transition metal carbide or nitride, with a typical formula of $M_{n+1}X_n T_x$ ($M$= transition metals, $X$= carbon or nitrogen, $T$= functional groups). MXenes have gained wide application in biomedicine and biosensing, owing to their high biocompatibility, abundant reactive surface groups, good conductivity, and photothermal properties. Applications include photo- and electrochemical sensors, energy storage, and electronics. The high surface area and reactivity of MXene provide an interface to respond to the changes in the environment, allowing MXene-based drug carriers to respond to changes of pH, reactive oxygen species (ROS), and electrical signals for controlled release applications. Furthermore, MXene conductivity enables it to provide electrical stimulation for cultured cells and gives it photocatalytic capabilities that can be used in antibiotic applications. (Reproduced from https://doi.org/10.1039/D3MH01588B with permission from the Royal Society of Chemistry.)

翻譯：

1. **An MXene is a novel two-dimensional transition metal carbide or nitride, with a typical formula of