MXene领域最新Science：MXene的表面修饰和超导性

CYM 4年前 (2020-08-21) 10865浏览

【引言】

众所周知，二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）已经被广泛地研究用于超级电容器，电池，电磁干扰屏蔽，复合材料和催化剂。MXene通常由相应的MAX相合成，其中M代表过渡金属（例如Ti，Nb，Mo，V，W等），X代表C或N。其中，MXenes主要通过HF酸或盐酸和氟化物的混合溶液将MAX相中结合较弱的A位元素（例如Al，Ga，Si等）抽出而得到。它具有石墨烯高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势。与其他2D材料（例如石墨烯和过渡金属卤化碳）的表面不同，这些官能团可以进行化学修饰。最近的理论研究预测，具有不同表面基团的MXene的选择性终止会展现出优异的特性，例如打开或关闭带隙，室温电子迁移率超过10⁴cm²/Vs，半金属性和2D铁磁性。二维过渡金属碳化物中表面官能团的多功能化学转化为这种广泛的功能材料开辟了以前未曾探索过的设计空间。

近日，美国芝加哥大学Dmitri V. Talapin教授（通讯作者）介绍了通过在熔融无机盐中进行取代和消除反应来重修饰和消除表面基团的一般策略，从而实现了在MXene上修饰O、NH、S、Cl、Br、Se和Te端基。使得这些不同组分的MXene材料展现出了不同的结构和电子特性。具体来讲，表面基团控制MXene晶格中的原子间距离，未应变的碳化钛晶格相比，以碲化物（Te²^-）配体修饰的Ti_n+1C_n（n= 1，2）MXenes 表现出巨大的（> 18％）界面晶格扩展。此外，在Nb₂C相应的MXenes材料中发现了低温区超导性的现象，这主要得益于表面修饰作用对晶格轴应力、声子频率、电子-声子耦合强度的调控使得MXene材料表现出了超导特性。相关研究成果以“Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes”为题于2020年8月21日在线发表于Science上。

【图文导读】

图一、MXene在熔融无机盐中的表面反应