ACS AMI：2D TiVC MXenes的首次刻蚀

【研究背景】

MXenes是一类新型的二维材料，因其一些独特的物理化学性质得到了广泛的关注，与其它层状材料不同，如石墨烯层间较弱的范德华力，NAX相之间的化学键是金属键，离子键和共价键的混合。利用MAX相层间不同的键强度，M-A层较弱的金属键，尤其是MAX中A原子层可以被水系含氟溶液刻蚀，形成MXenes，并将MAX的3D结构转换为MXene的2D结构。MXenes已经被广泛地应用于很多领域，其中，储能领域是大多数研究这么关注的重点。MXenes的表面化学，官能团都影响着MXene基电极材料的电化学储能性能。举个例子，=O官能团可以提升储能容量，而-F和-OH官能团会影响电解液离子的浸入进而降低其储能容量。而刻蚀条件被认为是一种影响MXene表面化学的重要方法，然而，除了一项对Ti3C2TxMXenes刻蚀条件对表面官能团的影响外，还没有其他系统的研究在合成过程中如何控制表面官能团。

【成果简介】

最近，美国科罗拉多矿业大学Sanaz Yazdanparast教授在国际知名学术期刊ACS Applied Materials& Interfaces上发表题目为： Synthesis and Surface Chemistry of 2D TiVC Solid-Solution MXenes的研究论文。工作通过两种不同方法（HF 和LiF/HCl）对TiVAlC MAX相进行刻蚀，合成了TiVC固溶MXenes，并探究了其表面官能团。

【图文导读】

图1. TiVAlC MAX相，以及LiF/HCl刻蚀得到的TiVCT_x MXene膜的XRD图像。

图2. TiVC MXene的合成过程：湿法刻蚀和分层过程。

图3. TiVAlCMAX相，以及LiF/HCl刻蚀得到的TiVCT_x MXene及相应膜的SEM图像。

图4. 通过DFT计算TiVCT_x MXene不同官能团的内聚能与吸附能。

图5.通过50%HF和LiF/HCl刻蚀得到的TiVCT_xMXene的XPS图谱。

图6. HF刻蚀的TiVCT_x MXene的C 1s, F 1s,Ti 2p，V 2p和O 1s的XPS分峰情况。

图7. LiF/HCl刻蚀的TiVCT_x MXene C 1s, F1s, Ti 2p，V 2p，O 1s和Cl 2p的XPS分峰情况。

【本文总结】

本文系统的比较了两种刻蚀方法对2D TiVCT_x固溶MXenes表面的官能团的影响。大批量的分层与分离可以通过使用TBAOH在室温下处理LiF/HCl 刻蚀后得到的MXene样品，且不需要超声步骤，TiVCT_x膜具有更大的层间距，证明水分子和/或TBA⁺嵌入到MXene层间。基于DFT计算，具有=O基官能团的TiVC MXene具有最稳定的结构，并且与其他官能团相比，=O基官能团在MXene表面具有更强的附着力。EDS和XPS分析表明了用温和的LiF/HCl合成的TiVCT_x导致了=O基官能团数量的增减和-F基官能团的减少，相比于通常使用的高浓度HF刻蚀的MXene。XPS研究表面，刻蚀条件对TiVCMXene表面-OH的浓度没有太大影响。LiF/HCl溶液的使用对于合成MXene过程中毒性减少与成本降低有很大的作用，同时对于储能应用来讲具有更有利的表面化学性质。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c03181

信息来源：MXene Frontie