MXene材料科學中的一類二維英語Two-dimensional materials無機化合物。這些材料由幾個原子層厚度的過渡金屬碳化物氮化物或碳氮化物構成。它最初於2011年報道,由於MXene材料表面有羥基或末端氧,它們有着過渡金屬碳化物的金屬導電性。[1][2]

結構

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通過HF蝕刻製備的合成的MXene具有類似手風琴形態,它們是多層MXene(ML-MXene),或少於5層時稱作薄層MXene(FL-MXene)。由於MXene的表面可以接上官能團,Mn+1XnTx(其中T為官能團,O、F、OH)可以按照通常的方式命名。[2]

製備

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可以通過侵蝕MAX相來製備MXene,刻蝕液中通常含有氟離子,如氫氟酸(HF)、[2]氟化氫銨(NH4HF2)或[3]鹽酸(HCl)與氟化鋰(LiF)的混合物。[4]例如,在HF水溶液中於室溫腐蝕Ti3AlC2,可以選擇性地清除A原子(Al),而碳化物層的表面產生了末端O、OH和(或)F原子。[5][6]

Ti4N3是目前唯一報道已經合成的MXene氮化物材料,和MXene碳化物材料有着不同的製備方法。為合成Ti4N3,MAX相的Ti4AlN3和共熔氟化物(氟化鋰氟化鈉氟化鉀)需要經過高溫處理。這種方法可以侵蝕鋁,留下多層的Ti4N3,再將其浸入四丁基氫氧化銨溶液中超聲,可以分為單層或薄層(few layers)。[7]

參考文獻

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  1. ^ Naguib, M.; Kurtoglu, M.; Presser, V.; Lu, J.; Niu, J.; Heon, M.; Hultman, L.; Gogotsi, Y.; Barsoum, M.W. Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2. Advanced Materials. 2011, 23 (37): 4248–4253 [2017-11-16]. PMID 21861270. doi:10.1002/adma.201102306. (原始內容存檔於2018-02-03). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Naguib, M.; Mochalin, V.N.; Barsoum, M.W.; Gogotsi, Y. 25th Anniversary Article: MXenes: A New Family of Two-Dimensional Materials. Advanced Materials: 992–1005. [2017-11-16]. PMID 24357390. doi:10.1002/adma.201304138. (原始內容存檔於2018-02-12). 
  3. ^ Halim, J.; Lukatskaya, M.; Cook, K.; Lu, J.; Smith, C. R.; Näslund, L.-Å.; May, S.J.; Hultman, L.; Gogotsi, Y.; Eklund, P.; Barsoum, M. W. Transparent Conductive Two-Dimensional Titanium Carbide Epitaxial Thin Films. Chemistry of Materials: 2374–2381. [2017-11-16]. doi:10.1021/cm500641a. (原始內容存檔於2020-02-02). 
  4. ^ Ghidiu, M.; Lukatskaya, M.R.; Zhao, M.-Q.; Gogotsi, Y.; Barsoum, M.W. Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance. Nature: 78–81. [2017-11-16]. Bibcode:2014Natur.516...78G. PMID 25470044. doi:10.1038/nature13970. (原始內容存檔於2017-05-16). 
  5. ^ Halim, Joseph et. al. X-ray photoelectron spectroscopy of select multi-layered transition metal carbides (MXenes). Applied Surface Science. 2016, 362: 406–417. Bibcode:2016ApSS..362..406H. doi:10.1016/j.apsusc.2015.11.089. 
  6. ^ Harris, K.J. Direct Measurement of Surface Termination Groups and Their Connectivity in the 2D MXene V2CTx Using NMR Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry C. 2015, 119: 13713–13720. doi:10.1021/acs.jpcc.5b03038. 
  7. ^ Urbankowski, P.; Anasori, B; Makaryan, T.; Er, D.; Kota, S.; Walsh, P.L.; Zhao, M.-Q.; Shenoy, V.B.; Barsoum, M.W.; Gogotsi, Y. Synthesis of two-dimensional titanium nitride Ti4N3 (MXene). Nanoscale: 11385–11391. [2017-11-16]. Bibcode:2016Nanos...811385U. doi:10.1039/C6NR02253G. (原始內容存檔於2020-02-02).