今日ScienceMXenes全新直接合成方法！

　　第一作者：DiWang
　　通讯作者：DmitriV。Talapin
　　通讯单位：美国芝加哥大学
　　【研究亮点】
　　二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）在储能和电子领域具有多种潜在应用。MXenes通常是通过蚀刻层状三元化合物（MAX相）来合成的。本文通过金属和金属卤化物与石墨、甲烷或氮的反应，展示了一种可扩展且经济地合成MXenes的直接合成路线，包括尚未从MAX相合成的化合物。直接合成的MXenes显示出出色的锂离子嵌入储能能力，在0。1Ag1下可实现286mAhg1容量。
　　【主要内容】
　　MXenes，其中M代表前期过渡金属（例如Ti、V、Nb或Mo），X是C或N，是一大类二维过渡金属碳化物和氮化物。由于MXenes在储能、电磁干扰屏蔽、透明导电层、超导和催化方面的潜在应用，人们对其兴趣持续增长。自2011年发现Ti3C2TX（TO、OH和F）以来，MXenes通常由结晶MAX相（其中A通常为Al、Si或Ga）通过用含氢氟酸溶液或路易斯酸熔盐选择性蚀刻A原子，随后MXene片层分层。由于这种方法会产生大量废物，因此限制了MXenes的制造规模并阻碍了它们的实用性。
　　鉴于此，美国芝加哥大学DmitriV。Talapin教授课题组报告了两种直接且可扩展的合成方法直接合成MXenes，一种涉及传统的固态合成方法，加热化学计量的固体前驱体混合物，直到它形成所需的相。另一种使用化学气相沉积，其中气态前驱体流过加热的基底以产生材料膜。固态合成DSTi2CCl2是通过Ti、石墨和TiCl4之间的高温反应完成的，最初在约850C时观察到Ti2CCl2MXene的形成，MXene的产率在950C时最大。在1000C的温度下，TiCx成为主要的反应产物。另一方面，作者使用在Ar中稀释的CH4和TiCl4气体混合物，在950C下通过CVD在Ti表面上生长MXenes以直接合成，并展示了一条通往MXenes新形态的途径，该形态具有更容易接近的表面和暴露的催化活性边缘。CVD法可产生地毯状薄膜，其中MXenes片垂直于基底突出。当进一步添加前体时，MXenes的多孔微球会形成并最终以粉末形式从基底上分离。这些相互连接但多孔的MXenes网络代表了超级电容器电极的理想架构，因为它们允许电解质渗透而不影响电子传输路径。作者进一步研究了由DSTi2CCl2和CVDTi2CCl2制备的电极的锂离子存储特性。CVDTi2CCl2在0。1Ag1下可实现286mAhg1最大容量，略高于之前报道的MSTi2CClxMXene优化后的性能。本研究为合成新的MXenes开辟了新的机会，特别是对于相应的MAX相不稳定的情况。考虑到该系列材料中元素化学计量的广泛可能组合，使用直接合成路线可以大大扩展可能的MXenes和可用特性。与此同时，通过直接合成改进现有MXenes的可扩展性会促进它们在许多实际应用中的使用。
　　Fig。1DirectsynthesisandcharacterizationofDSTi2CCl2MXene。
　　Fig。2CVDgrowthofMXenes。
　　Fig。3MorphologiesofCVDTi2CCl2。
　　Fig。4ElectrochemicalenergystoragepropertiesofTi2CCl2MXenes。
　　【文献信息】
　　DiWang，etal。Directsynthesisandchemicalvapordepositionof2DcarbideandnitrideMXenes。Science。379，12421247（2023）。https：www。science。orgdoi10。1126science。add9204
　　DanielD。Robertson，SarahTolbert。AdirectandcleanroutetoMXenes。Science。379，11891190（2023）。https：www。science。orgdoi10。1126science。ade9914