北科納米可提供MXene（可定制）

二維過(guò)渡金屬碳化物 (MXenes) 中表面官能團(tuán)的多種化學(xué)轉(zhuǎn)化

為這一大類功能材料開(kāi)辟了新的設(shè)計(jì)空間。我們介紹一個(gè)通用的策略

通過(guò)在熔融無(wú)機(jī)物中進(jìn)行取代和消除反應(yīng)來(lái)安裝和去除表面基團(tuán)

鹽。成功合成具有 O、NH、S、Cl、Se、Br 和 Te 表面末端以及裸露的 MXene演示了 MXenes（無(wú)表面終止）。 這些 MXene 顯示出獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和

電子特性。例如，表面基團(tuán)控制 MXene 晶格中的原子間距離，和 Tin+1Cn (n = 1, 2) 以 Te2? 配體封端的 MXenes 顯示出巨大的 (>18%) 面內(nèi)晶格膨脹與塊狀 TiC 晶格相比。Nb2C MXenes 表現(xiàn)出依賴于表面基團(tuán)的超導(dǎo)性。

圖 1. MXenes 在熔融無(wú)機(jī)鹽中的表面反應(yīng)。(A) MAX 相蝕刻示意圖

路易斯酸性熔鹽。(B) Ti3C2Br2 的原子分辨率高角度環(huán)形暗場(chǎng) (HAADF) 圖像通過(guò)在 CdBr2 熔鹽中蝕刻 Ti3AlC2 MAX 相合成的 MXene 片材。電子束平行于【2110】區(qū)域軸。(C) Ti3C2Br2 MXene 片材的能量色散 X 射線 (EDX) 元素分析（線掃描）。(D) Ti3C2Te 和 (E) Ti3C2S MXenes 的 HAADF 圖像，通過(guò)用 Br 代替 Te 和 S 表面基團(tuán)獲得，分別。(F) Ti3C2□2 MXene (□代表空位)的HAADF圖像，通過(guò)反應(yīng)消除得到Br 表面基團(tuán)。所有比例尺均為 1 nm。

圖 2. 多層 Ti3C2Tn MXene 的分層。(A) 分層過(guò)程示意圖。(B) Ti3C2Tn MXenes (T = Cl, S, NH) 在 NMF 中呈現(xiàn) Tyndall 的穩(wěn)定膠體溶液照片影響。(C) 從膠體溶液中沉積的 Ti3C2Cl2 MXene 薄片的 TEM 圖像。（插圖）快速傅里葉突出顯示區(qū)域的變換顯示單個(gè)薄片的結(jié)晶度和六邊形對(duì)稱性。(D) 多層 MXene 和分層薄片在旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃基板上的薄膜中的 XRD 圖案。

圖 3. 表面基團(tuán)可以在 MXene 晶格中引起巨大應(yīng)變。(A) 局部原子間

Ti2CTn MXenes（T = S、Cl、Se、Br 和 Te）中由原子對(duì)的小 r 區(qū)域探測(cè)的距離分布函數(shù)，G(r)。垂直線顯示了從粉末 XRD 圖案的 Rietveld 細(xì)化獲得的 Ti-C、Ti-T 鍵長(zhǎng)和 Ti-Ti1 和 Ti Ti2 原子間距離（虛線線）和 EXAFS 分析（虛線）。(B) Ti2CTn MXenes 的晶胞 (T = S, Cl, Se, Br)從 Rietveld 改進(jìn)中獲得。(C) 面內(nèi)晶格常數(shù) a 的相關(guān)性[相當(dāng)于 (A) 中的 Ti-Ti2 距離] 對(duì)于 Ti2CTn 和 Ti3C2Tn MXenes 的化學(xué)性質(zhì)表面基團(tuán) (Tn)。(D) 提出的 Ti2CTe MXene 晶胞（見(jiàn)圖 S39）。(E) 雙軸應(yīng)變由表面基團(tuán)誘導(dǎo)的 Ti3C2Tn MXene 晶格。面內(nèi) (ε||) 和面外 (ε⊥) 應(yīng)變成分是相對(duì)于體積立方 TiC 晶格進(jìn)行評(píng)估的，aTiC = 4.32 ?。

圖 4. Nb2CTn MXene 中的電子傳輸和超導(dǎo)性。(A) 冷壓顆粒的溫度相關(guān)電阻率Nb2AlC MAX 相和 Nb2CCl2 MXene。（插圖）磁化率Nb2CCl2 MXene 作為溫度的函數(shù)。FC 和 ZFC 對(duì)應(yīng)場(chǎng)冷卻和零場(chǎng)冷卻測(cè)量，分別。(B) 冷壓顆粒的溫度相關(guān)電阻率Nb2CTn MXenes。（插圖）電阻作為不同溫度下的函數(shù)為冷壓 Nb2CS2 顆粒施加磁場(chǎng)（0 至 8 T）MXene。

文獻(xiàn)鏈接：“Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes”(Science，2020，10.1126 / science.aba8311)