Angew：碘辅助刻蚀制备室温稳定的MXene材料

二维（2D）过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物MXenes是2D材料体系中一颗冉冉升起的新星。在目前实验中合成出的众多MXene材料中，碳化钛（Ti₃C₂）是被研究最为广泛的一类MXene，可以应用于诸多不同的领域，其中包括能量储存与转化、电磁屏蔽、水净化、气体/生物传感器、润滑剂以及催化，这主要得益于其金属性的导电性与可控的表面官能团。

截至目前，对MAX相Ti₃AlC₂的化学刻蚀主要基于含氟酸或盐，比如氢氟酸与盐酸/氟化锂，这类传统的刻蚀剂可以选择性刻蚀Al原子层，并有效地去除AlF3，这对于刻蚀剂的持续扩散与Al原子层的完全刻蚀至关重要。然而，对于MXene纳米片来说，严苛的刻蚀反应与溶解在水中的氧气会引入额外的结构缺陷进而促进其转化为TiO₂。与此同时，氟基刻蚀剂的毒性进一步阻碍了MXene可持续的商业化合成。

最近，德国德累斯顿工业大学冯新亮教授、Sheng Yang博士与Ali Shaygan Nia博士合作在国际顶级学术期刊 Angew. Chem. Int. Ed. 上发表题目为：Ambient-Stable Two-Dimensional Titanium Carbide (MXene) Enabled by Iodine Etching的研究论文，报道了一种无氟的MXene刻蚀方法，在无水乙腈中利用碘进行刻蚀，后续在盐酸溶液中进行剥离。刻蚀反应保持在100℃的条件下进行以保证Ti₃C₂I_x的生成，可以进一步转为具有合适的尺寸与高氧含量的Ti₃C₂T_x MXene纳米片。有超过71%的纳米片其厚度小于5nm，在分散液中可以保持至少两个星期的稳定性。

图1.面向2D MXene的碘辅助刻蚀与剥离过程示意图。

图2.2D MXene的碘辅助刻蚀与剥离过程的XRD图像、SEM图像、高分辨XPS光谱与刻蚀机理分析。

图3. 碘辅助刻蚀制备2D MXene的结构表征。

图4. 碘辅助刻蚀制备2D MXene的室温稳定性。

图5. 碘辅助刻蚀制备2D MXene作为超级电容器电极材料的电化学性能测试。

本文所提出的碘辅助刻蚀策略可以成功地制备出高产率富含氧的MXene纳米片，具有较大的尺寸（1.8μm）与理想的厚度（小于5nm）。得益于非水环境的刻蚀过程，2D碘刻蚀的MXene展现出了优异的结构稳定性，在水中可以保持两个星期以上的稳定性，优于传统氟刻蚀的MXene。剥离后的MXene纳米片具有充足的含氧官能团，所组装的超级电容器具有较高的质量比电容（293 F g^-1）与杰出的循环稳定性，优于已报道的绝大部分MXene材料。同时，抽滤得到的MXene膜具有较高的导电性，1250 S cm^-1，接近于传统方法刻蚀得到的MXene膜的导电性（1500 S cm^-1）。该策略对于其他类型的MXene未来的发展方向具有启发作用。

文献链接：

doi.org/10.1002/anie.202015627