一、文章概述

二維過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物，也被稱為MXenes，由于其可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)和豐富的表面化學性質(zhì)，是一種多功能材料。物理和化學多樣性認為麥烯是一種潛在的二維材料，具有廣泛的應用領(lǐng)域。自2011年發(fā)現(xiàn)MXenes以來，隨著MXene納米片和衍生產(chǎn)品的大規(guī)模制備方法的發(fā)展，人們提出了廣泛的合成途徑。本文詳細討論了影響二烯烯物理和化學特性的關(guān)鍵合成方面和操作條件。討論了新興的高頻蝕刻方法，包括高頻蝕刻法、原位高頻形成蝕刻法、電化學蝕刻法、堿蝕刻法、熔鹽蝕刻法等方法以及分層策略?？紤]到今后的發(fā)展和實際應用，總結(jié)了麥烯的大規(guī)模合成途徑和抗氧化策略?？傊?，我們提供了MXenes合成協(xié)議的總體概述，并展望了當前的挑戰(zhàn)和大規(guī)模制備和穩(wěn)定存儲的前景技術(shù)。

二、圖文導讀

圖1。a）四種具有表面末端的MXenes的結(jié)構(gòu)圖。b)實驗中用于合成MXenes的元素和已成功蝕刻的“A”層元素的元素周期表?！癕”、“A”、“X”和“T”的元素用不同的顏色標記。

圖2。MXene合成研究進展的時間表。2011年，通過HF蝕刻法獲得了第一個MXene(Ti3C2Tx)。2013年，利用DMSO成功地將手風琴樣多層MXenes分層為單層。2014年，采用雙氟化物鹽蝕刻劑和HCl+LiF蝕刻劑制備了MXenes。2015年，TBAOH已被證明是一種通用的有機插入劑。同年，報道了自下而上的CVD方法。而采用機械剝離法獲得了單層MXene納米片。2016年，采用非max相制備MXenes。用含氟熔鹽蝕刻法成功制備了第一個含氮MXene。隨后，將HCl+LiF蝕刻法改進為MILD法。2017年，采用電化學蝕刻法制備氧化烯。2018年，通過濃縮堿水熱蝕刻法成功合成了無氟MXene。2019年，有報道稱存在無氟熔鹽蝕刻現(xiàn)象。2020年，報道了通用的劉易斯酸熔鹽法。同年，采用高頻蝕刻法大規(guī)模制備MXene。除使用極性有機溶劑和離子液體基蝕刻方法外。

圖3。概述了目前報道的MXene的合成蝕刻方法、分層策略和存儲方法。

圖4。高頻蝕刻法的原理及產(chǎn)品表征。a)ti3AlC2的剝離過程示意圖，顯示在與HF反應后，–OH取代了Al原子。b)HF處理前Ti3AlC2的Xrd模式，模擬Ti3C2F2和Ti3C2(OH)2的Xrd模式，測量HF處理后Ti3AlC2的Xrd模式，以及超聲產(chǎn)生的剝離納米片。c)SEM圖像：(i)Ti3AlC2粒子，典型的未反應MAX相，(ii)Ti3C2Tx，(iii)Ti2Ti2CTx，(iv)Ta4C3Tx，(v)TiNbCTx，(vi)Ti3CNTx。這里，(ii-vi)對應的MAX相分別為Ti3AlC2、Ti2AlC、Ta4AlC3、TiNbAlC和Ti3AlCN。d)最低原子能構(gòu)型：(i)原始，(ii-viii)通過Ti3AlC2邊緣逐步插入HF提取氟化鋁后獲得的HF插入MAX配合物；陰影區(qū)域顯示左側(cè)原子固定，銀色、藍色、橙色、青色和粉色球分別代表Ti、C、Al、F和H原子。

圖5。HCl/LiF混合蝕刻劑蝕刻ti3alc2的典型形態(tài)和性質(zhì)。a)在酸和氟鹽溶液中蝕刻MAX相，用水洗滌，使pH向中性。所產(chǎn)生的沉積物表現(xiàn)得像粘土，可以卷制成柔性的、獨立的薄膜，或者被模壓和干燥，以產(chǎn)生所需形狀的導電物體。b)數(shù)碼照片顯示了滾動的Ti3C2Tx“粘土”薄膜的形貌。c)Ti3c2Tx“粘土”膜的電導率。d)Ti3C2Tx“粘土”膜的接觸角測量，反映了其親水性。e)多層MXene粒子。經(jīng)許可復制的。f)數(shù)碼照片和g)通過不同路線獲得的MXenes的TEM圖像，路線1和2分別代表氟化鋰：5：1：1摩爾比合成的Ti3C2Tx薄片。h)ti3c2在80°C下干燥前后的Xrd圖譜。

圖6。制備二烯烯的熔鹽蝕刻方法示意圖。a)熔鹽處理后的ti4n3在550°C下進行氬氣流動0.5h的掃描電鏡圖像。b)基于氨化的碳化物MX烯（Mo2CTx和V2CTx）轉(zhuǎn)化為氮化物MXene的工藝圖。c)Mo2CTx和V2CTx在600°C氨化1小時前后的Xrd模式，c)d)MAX相與晚期過渡金屬鹵化物之間的置換反應生成鋅基MAX相和cl端的MXenes。e)Gibbs自由能映射(700°C)根據(jù)MAX相中a位元素的電化學氧化還原電位和熔鹽陽離子(y軸)指導Lewis酸氯離子鹽的選擇。f)劉易斯酸性熔融鹽中MAX相的蝕刻示意圖。Ti3C2Br2MXene薄片的g)能量色散x射線(EDX)元素分析（線掃描）。h)分別用Te和S表面基取代Br得到的Ti3C2Te和Ti3C2SMXenes的HAADF圖像，以及通過反應消除Br表面基得到的Ti3C2□2MXene（□代表空位）的HAADF圖像。所有的比例尺都是1納米。

圖7。多層MXene的插入和分層。a)以DMSO為插層器，生產(chǎn)單個二維MXene薄片的分層過程示意圖。b)Xrd圖案：(i)Ti3AlC2，(ii)多層Ti3C2Tx，(iii)DMSO插入多層Ti3C2Tx和(iv)分層Ti3C2Tx薄片。c)氧化鋁膜上單層ti3c2Tx薄片的掃描電鏡圖像。d，e)Ti3C2Tx在DMF中插入HM前后的SEM圖像(在80°C下24h)。f，g)Ti3CNTx(f)和V2CTx(g)在（底部為黑色圖案）和與TBAOH混合不同小時（紅、藍、綠圖案）后的Xrd模式；*表示的峰為未反應MAX相的峰。

圖8。mxenes基產(chǎn)品的大規(guī)模制備。a)用于合成Ti3C2Tx的1和50g前驅(qū)體Ti3AlC2的圖像。b)一個1LMXene反應器的圖像和大型生產(chǎn)線的三維模型。c)前驅(qū)體Ti3AlC2的Xrd模式，以及由小批量和大批量生產(chǎn)的Ti3C2Tx制成的薄膜。d)：(i、iii)小批量合成Ti3C2Tx薄片和(ii、iv)大批量合成Ti3C2Tx的SEM圖像。e)長1m、寬10cm的MXene薄膜的數(shù)碼照片，由薄片涂在Celgard膜上的大MXene薄片制作(Ti3C2Tx薄膜的厚度為940nm)。f)葉片涂層Ti3C2Tx薄膜(2.0cm×6.5cm，厚度940nm)的數(shù)碼照片，具有優(yōu)異的機械性能，可以提升≈40g物體。g)葉片涂層薄膜的橫截面掃描電鏡圖像，顯示了高度對齊的結(jié)構(gòu)。h)較大面積的MXene膜的數(shù)碼照片。i)Ti3C2Tx纖維濕紡絲工藝示意圖。j)Ti3c2TxMXene纖維的切片掃描電鏡圖像。k)纏繞在管束上的米米長的Ti3C2Tx纖維。

圖9。MXene的抗氧化性能。a)四種不同環(huán)境下Ti3C2Tx納米片濃度隨時間的變化。b)Ti2CTx膠體溶液在不同環(huán)境下隨時間變化的穩(wěn)定性。c)拉曼光譜和d)合成的?80°C、?18°C和5°C的MXenes薄片在去離子水中老化5周后的尺寸分布。e)Ti3c2Tx納米片同時存儲在去離子水和NaAsc溶液中。在沒有抗氧化劑的情況下，Ti3C2Tx在儲存21天后氧化并降解形成二氧化鈦和碳。l-抗壞血酸鈉可以保護納米片不被嚴重氧化。ti在6個月后，Ti3C2Tx仍保持其制備時的外觀；但儲存在水中的膠體Ti3C2Tx納米片的外觀完全改變。

三、全文總結(jié)

一般來說，使用有效但經(jīng)濟上可行的途徑蝕刻MAX前體仍然局限于實驗室規(guī)模，只有少數(shù)有前途的途徑具有制備可擴展能力。然而，蝕刻工程的日常進展和分層MXenes的日益增長的應用領(lǐng)域證實了不久的將來的先進技術(shù)，可以為工業(yè)應用提供強大的MXenes材料。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202103148.

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