北科納米可提供MXene（可定制）

?? ??二維（2D）過(guò)渡金屬碳化物和氮化物（MXenes）在超級(jí)電容器，電池，電磁屏蔽，復(fù)合物以及催化劑等應(yīng)用中得到了廣泛的研究。MXenes通常由其相應(yīng)的MAX相材料通過(guò)刻蝕而得到，如水系的HF溶液，這會(huì)使得到的MXene具有一些官能團(tuán)，如-F，-O和-OH等。這些官能團(tuán)可以被化學(xué)改性，這與如石墨烯與過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锏绕渌?D材料截然不同。近期的理論計(jì)算表明，MXenes的選擇性官能團(tuán)可以產(chǎn)生一些杰出的性能，如非閉合/閉合能帶隙，室溫電子移動(dòng)速率（104?cm2/Vs），廣泛可控的功能，半金屬性以及2D鐵磁性。MXene共價(jià)功能化界面被認(rèn)為可以啟發(fā)2D功能材料的合理設(shè)計(jì)的新方向。

? ? ?最近，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與芝加哥大學(xué)Dmitri V. Talapin教授在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表題目為：?Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes的研究論文，報(bào)道了一種通過(guò)在熔融不急眼中進(jìn)行取代和消除反應(yīng)來(lái)對(duì)MXene表面的官能團(tuán)進(jìn)行調(diào)控的通用策略。成功地合成了具有O，NH, S, Cl, Se, Br和Te表面官能團(tuán)的MXenes，以及沒(méi)有任何表面官能團(tuán)的MXenes。所制備的這些MXene具有一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)。表面官能團(tuán)可以控制MXene晶格中的原子間距離，與TiC晶格相比，具有Te2-?配體的Tin+1Cn（n=1，2）會(huì)產(chǎn)生巨大的平面擴(kuò)展晶格（>18%）。此外，Nb2C MXenes表現(xiàn)出了依賴(lài)于表面官能團(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）在Lewis酸性熔融鹽中刻蝕MAX相材料的過(guò)程；B）Ti3C2Br2MXene納米片的原子尺度HAADF圖像；C）Ti3C2Br2MXene的EDX元素分析；D）Ti3C2Te 和E）Ti3C2S MXene；F）Ti3C2□2?MXene（□代表缺陷）的HAADF圖像。

圖2.?Ti3C2Tn?多層MXenes的分層。A）分層過(guò)程示意圖；B）Ti3C2TnMXenes穩(wěn)定的膠體溶液的光學(xué)圖像；C）Ti3CCl2?MXene 片的TEM圖像；D）多層MXene以及分層的納米片的XRD圖譜。

圖3.?在MXene晶格中表面官能團(tuán)可以誘發(fā)巨大的應(yīng)變。A）Ti2CTnMXenes中局部原子的距離（T=S，Cl，Se and Te）;? B) Ti2CTnMXenes的晶胞；C）晶面晶格常數(shù)；D）Ti2CTe MXene的晶胞；E）表面基團(tuán)引起的Ti3C2Tn?MXene晶格的雙軸應(yīng)變。

圖4.?Nb2CTnMXenes的電子傳輸和超導(dǎo)電性。A）Nb2AlC MAX 和Nb2CCl2?MXene與溫度相關(guān)的電阻率；B）不同官能團(tuán)以及Nb2CS2?MXene的溫度相關(guān)電阻率。

文獻(xiàn)鏈接：

DOI:10.1126/science.aba8311