重磅！MXene, 今日Science

一、 【导读】

插层材料通常是将非本地物种引入到层状范德瓦尔斯材料的vdW间隙中制备的，这种作用称为客体宾主作用，可以改变材料的电子结构，从而实现对其性质的定制。这些材料可以应用于储能、催化、电子、光学和磁性等领域。MAX相是一种常见的三元层状化合物，其结构中M和A原子之间具有弱的金属键和Mn+1Xn层内的共价键。化学刻蚀A元素可以获得MAX相的二维衍生物MXene，其vdW间隙提供了容纳各种客体物种的空间。阴离子会与MXene中暴露的M原子形成端基物种T配对，而阳离子、阳离子表面活性剂和有机分子则可以插层到vdW间隙中，从而扩展了MXene的层间距离，促进其剥离成单层。这种材料在储能、印刷电子、电磁干扰屏蔽和其他许多应用中发挥重要作用。

二、【成果掠影】

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所黄庆研究员和美国德雷克塞尔大学Yury Gogotsi 教授联合报道一种针对层状碳化物（MAX相）及其二维衍生物（MXenes）的结构设计协议。其中，间隙打开和种属插入阶段分别由化学剪和插层剂介导，从而创造出大量具有非传统元素和结构的MAX相，以及端基多变的MXene。利用金属剪切去除MXene中的端基，然后通过原子插层将2D碳化物纳米片缝合，可以重构MAX相和金属插层2D碳化物家族，这些材料在能源到印刷电子等领域的应用都有可能推动进步。相关研究成果以“Chemical scissor-mediated structural editing of layered transition metal carbides”为题在Science上发表。

三、【核心创新点】

√通过一系列拓扑反应实现了间隙打开和原子种类交换。这种方法扩展了MAX材料家族，可以包括非传统元素，并且可以用于制备更多具有独特性质的MXene材料。

四、【数据概览】

图1 由化学剪刀介导的MAX和MXene的结构编辑协议 。© 2023 AAAS

图2 将一个MAX相转换为另一个MAX相。© 2023 AAAS

图3 从MAX相转换为MXene。© 2023 AAAS

图4 从MXenes中重构MAX相。© 2023 AAAS

五、【成果启示】

化学剪刀介导的MAX相和其衍生的MXene材料的结构修饰为工程化vdW和非vdW分层材料的结构和组成提供了一种强大而多功能的协议。调节的插层路线允许将非传统金属元素引入MAX相的单原子层中，这是传统冶金反应无法实现的，同时也实现了MXene的末端调节。通过金属剪刀去除MXene表面端基并在MXene层之间容纳客体原子，可以构建结合MAX相和MXene的不同结构特征的金属插层2D碳化物，从而进一步扩展分层材料家族。未来的研究应该集中在将这些2D和3D分层碳化物以及金属插层2D碳化物剥离为单层和少层纳米片上，以进行基础特性表征，并充分利用这些新材料在能量储存、电子和其他应用中的优势。

原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5901

本文由图图供稿