MXene/共价表面改性和超导性二维金属碳化物 MXenes

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北科纳米可提供MXene（可定制）

二维过渡金属碳化物 (MXenes) 中表面官能团的多种化学转化

为这一大类功能材料开辟了新的设计空间。我们介绍一个通用的策略

通过在熔融无机物中进行取代和消除反应来安装和去除表面基团

盐。成功合成具有 O、NH、S、Cl、Se、Br 和 Te 表面末端以及裸露的 MXene演示了 MXenes（无表面终止）。 这些 MXene 显示出独特的结构和

电子特性。例如，表面基团控制 MXene 晶格中的原子间距离，和 Tin+1Cn (n = 1, 2) 以 Te2− 配体封端的 MXenes 显示出巨大的 (>18%) 面内晶格膨胀与块状 TiC 晶格相比。Nb2C MXenes 表现出依赖于表面基团的超导性。

图 1. MXenes 在熔融无机盐中的表面反应。(A) MAX 相蚀刻示意图

路易斯酸性熔盐。(B) Ti3C2Br2 的原子分辨率高角度环形暗场 (HAADF) 图像通过在 CdBr2 熔盐中蚀刻 Ti3AlC2 MAX 相合成的 MXene 片材。电子束平行于【2110】区域轴。(C) Ti3C2Br2 MXene 片材的能量色散 X 射线 (EDX) 元素分析（线扫描）。(D) Ti3C2Te 和 (E) Ti3C2S MXenes 的 HAADF 图像，通过用 Br 代替 Te 和 S 表面基团获得，分别。(F) Ti3C2□2 MXene (□代表空位)的HAADF图像，通过反应消除得到Br 表面基团。所有比例尺均为 1 nm。

图 2. 多层 Ti3C2Tn MXene 的分层。(A) 分层过程示意图。(B) Ti3C2Tn MXenes (T = Cl, S, NH) 在 NMF 中呈现 Tyndall 的稳定胶体溶液照片影响。(C) 从胶体溶液中沉积的 Ti3C2Cl2 MXene 薄片的 TEM 图像。（插图）快速傅里叶突出显示区域的变换显示单个薄片的结晶度和六边形对称性。(D) 多层 MXene 和分层薄片在旋转浇铸在玻璃基板上的薄膜中的 XRD 图案。

图 3. 表面基团可以在 MXene 晶格中引起巨大应变。(A) 局部原子间

Ti2CTn MXenes（T = S、Cl、Se、Br 和 Te）中由原子对的小 r 区域探测的距离分布函数，G(r)。垂直线显示了从粉末 XRD 图案的 Rietveld 细化获得的 Ti-C、Ti-T 键长和 Ti-Ti1 和 Ti Ti2 原子间距离（虚线线）和 EXAFS 分析（虚线）。(B) Ti2CTn MXenes 的晶胞 (T = S, Cl, Se, Br)从 Rietveld 改进中获得。(C) 面内晶格常数 a 的相关性[相当于 (A) 中的 Ti-Ti2 距离] 对于 Ti2CTn 和 Ti3C2Tn MXenes 的化学性质表面基团 (Tn)。(D) 提出的 Ti2CTe MXene 晶胞（见图 S39）。(E) 双轴应变由表面基团诱导的 Ti3C2Tn MXene 晶格。面内 (ε||) 和面外 (ε⊥) 应变成分是相对于体积立方 TiC 晶格进行评估的，aTiC = 4.32 Å。

图 4. Nb2CTn MXene 中的电子传输和超导性。(A) 冷压颗粒的温度相关电阻率Nb2AlC MAX 相和 Nb2CCl2 MXene。（插图）磁化率Nb2CCl2 MXene 作为温度的函数。FC 和 ZFC 对应场冷却和零场冷却测量，分别。(B) 冷压颗粒的温度相关电阻率Nb2CTn MXenes。（插图）电阻作为不同温度下的函数为冷压 Nb2CS2 颗粒施加磁场（0 至 8 T）MXene。

文献链接：“Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes”(Science，2020，10.1126 / science.aba8311)