碳氮化物2D材料合成有新法

路易斯酸熔盐合成MXene的示意图。

日前，中国科学院宁波材料技术与工程研究所黄晴课题组与四川大学、法国图卢兹大学、瑞典林雪平大学等学者合作，开发了一种从路易斯酸熔盐中合成MXene的通用方法。相关研究结果最近发表在《自然材料》在线版上。

碳氮化物是2D材料系列的最新成员之一。它具有独特的2D层状结构、亲水表面和金属导电性。它在许多领域显示出独特的优势，特别是电化学储能。以往的研究表明，高导电率的MXene具有很强的吸波能力，在5G网络的抗电磁干扰方面有潜在的应用。

然而，目前MXenes主要是通过含氟离子溶液选择性蚀刻陶瓷材料的铝原子层来制备的。可以使用的含氟离子溶液包括氢氟酸水溶液、氟化锂和盐酸的混合物、氟化氢铵等。在这些含氟离子溶液中制备MXenes存在诸多问题，如不环保、实验操作危害大、废液处理难度大、成本高等。

为了解决这些问题，研究人员在最新公布的研究中发现，由钛、铝和碳组成的最大化相在氯化物熔盐中会发生显著的反应。熔盐中的铜、铁、钴、镍、银、镉等阳离子起到氢氟酸作为路易斯酸的作用，从而创造性地用路易斯酸熔盐反萃最大相来合成MXene。

同时，通过电化学测试，研究人员还发现采用路易斯酸熔盐剥离策略制备的MXene电极在0.2-2.2 V的电压范围内具有恒流充放电曲线，经过2400次循环后容量保持率达到90%，充放电对称性好，循环稳定性好，为MXene在电化学储能系统(电池和锂离子电容器)中的实际应用铺平了道路。

与传统的制备方法相比，该方法具有更广阔的应用前景，可以推广到含有铝、硅、锌、镓等多种元素的最大化相，大大拓展了获得高质量、多功能MXene前驱体材料——最大化相的选择空间，为自上而下合成二维材料(MXene)提供了全新的思路。

黄晴说，目前的研究仅从高温熔盐电化学的基本原理揭示了MXene的腐蚀机理，而对MAX相A单原子层的氧化还原过程和MXene的表面化学行为还不清楚。未来，更多的研究团队有望通过这种方法在他们自己的实验室中方便地合成出高质量的MXene，从而促进储能和催化前沿研究的发展。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41563-020-0657-0