重磅！MXene, 今日Science

一、?????? 【導讀】?

插層材料通常是將非本地物種引入到層狀范德瓦爾斯材料的vdW間隙中制備的，這種作用稱為客體賓主作用，可以改變材料的電子結構，從而實現對其性質的定制。這些材料可以應用于儲能、催化、電子、光學和磁性等領域。MAX相是一種常見的三元層狀化合物，其結構中M和A原子之間具有弱的金屬鍵和Mn+1Xn層內的共價鍵。化學刻蝕A元素可以獲得MAX相的二維衍生物MXene，其vdW間隙提供了容納各種客體物種的空間。陰離子會與MXene中暴露的M原子形成端基物種T配對，而陽離子、陽離子表面活性劑和有機分子則可以插層到vdW間隙中，從而擴展了MXene的層間距離，促進其剝離成單層。這種材料在儲能、印刷電子、電磁干擾屏蔽和其他許多應用中發揮重要作用。

二、【成果掠影】

近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所黃慶研究員和美國德雷克塞爾大學Yury Gogotsi?教授聯合報道一種針對層狀碳化物（MAX相）及其二維衍生物（MXenes）的結構設計協議。其中，間隙打開和種屬插入階段分別由化學剪和插層劑介導，從而創造出大量具有非傳統元素和結構的MAX相，以及端基多變的MXene。利用金屬剪切去除MXene中的端基，然后通過原子插層將2D碳化物納米片縫合，可以重構MAX相和金屬插層2D碳化物家族，這些材料在能源到印刷電子等領域的應用都有可能推動進步。相關研究成果以“Chemical scissor-mediated structural editing of layered transition metal carbides”為題在Science上發表。

三、【核心創新點】

√通過一系列拓撲反應實現了間隙打開和原子種類交換。這種方法擴展了MAX材料家族，可以包括非傳統元素，并且可以用于制備更多具有獨特性質的MXene材料。

?四、【數據概覽】

圖1 由化學剪刀介導的MAX和MXene的結構編輯協議 。? 2023?AAAS

圖2 ?將一個MAX相轉換為另一個MAX相。? 2023?AAAS

圖3? 從MAX相轉換為MXene。? 2023?AAAS

圖4 從MXenes中重構MAX相。? 2023?AAAS

五、【成果啟示】

化學剪刀介導的MAX相和其衍生的MXene材料的結構修飾為工程化vdW和非vdW分層材料的結構和組成提供了一種強大而多功能的協議。調節的插層路線允許將非傳統金屬元素引入MAX相的單原子層中，這是傳統冶金反應無法實現的，同時也實現了MXene的末端調節。通過金屬剪刀去除MXene表面端基并在MXene層之間容納客體原子，可以構建結合MAX相和MXene的不同結構特征的金屬插層2D碳化物，從而進一步擴展分層材料家族。未來的研究應該集中在將這些2D和3D分層碳化物以及金屬插層2D碳化物剝離為單層和少層納米片上，以進行基礎特性表征，并充分利用這些新材料在能量儲存、電子和其他應用中的優勢。

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5901

本文由圖圖供稿