研究摘要

以V2CTx為代表的釩基碳化物MXenes，在能量存儲、傳感、電子與光學(xué)等不同應(yīng)用中頗具潛力。然而，在過去的十年中，與V2CTx有關(guān)的研究局限于多層MXene，這是因為V2CTx少層MXene膠體狀態(tài)下的不穩(wěn)定性。因此，美國德雷賽爾大學(xué)Yury Gogotsi教授研究團隊在《Chemistry of Materials》發(fā)表研究成果，報道了一種制備高質(zhì)量V2CTx的溫和合成方法，結(jié)合離子交換過程與絮凝過程，可以將這類MXene在水系分散液中的保存期限延長三個數(shù)量級左右，從幾個小時增加到幾個月。論文中對刻蝕與分層機理進行了討論，并為研究者們提供了一份這類MXene的指導(dǎo)性參考，解釋了刻蝕條件、插層化學(xué)試劑與后處理過程對V2CTx?MXene的質(zhì)量、化學(xué)穩(wěn)定性與光電性能的影響。在離子交換與絮凝過程中，四丁基或四甲基離子被鋰離子替換。最終得到的分層V2CTx不僅可以在分散液中儲存數(shù)月，還能夠重新分散并形成MXene膜，這些MXene膜在光學(xué)與電學(xué)性能方面具有明顯的提升。在干燥狀態(tài)下，其電子導(dǎo)電性達到超過1000 S cm-1。延長的保存期限可以為這類MXene在不同應(yīng)用領(lǐng)域的研究提供保障。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?V2CTx?MXene的合成過程與物相表征。

圖2.?V2CTx?MXene的物相表征。

圖3.?不同制備條件的V2CTx?MXene膜圖像與XRD圖譜。

圖4.?不同存儲條件的V2CTx?MXene膜的實物圖。

圖5.?離子交換過程示意圖及其對導(dǎo)電性的影響。

圖6.?不同儲存時間的V2CTx?MXene。d圖為儲存147天之后的溶液進行抽濾形成的MXene膜。

圖7.?不同制備條件的V2CTx?MXene分散液、凝膠與實物圖。?

總結(jié)

? ? ?本文報道了克服V2CTx?MXene穩(wěn)定性問題的方法，使其成為最穩(wěn)定的MXene之一。使用混合酸作為刻蝕劑，利用離子交換提升在濕潤與干燥狀態(tài)下的化學(xué)穩(wěn)定性。這種離子交換過程能夠調(diào)控層間距，進而提升V2CTx?MXene自支撐膜的電子導(dǎo)電性。為V2CTx?MXene的刻蝕與分層提供了新的參考。

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