速览-MXene的氧化问题

研究背景

MXene由于独特的性质，得到广泛应用，涉及多个领域，通常得到的MXene水溶液易氧化，降解，使得MXene的独特性质丧失，本次将介绍MXene氧化相关工作，后期再介绍MXene抗氧化工作。

文献1

In situ environmental transmission electron microscopy study of oxidation of two-dimensional Ti3C2 and formation of carbon-supported TiO2

J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 14339–14343.

内容简介

二维MXene可以在空气中被氧化，形成碳负载的TiO2复合材料，原位TEM和拉曼光谱分析表明，控制加热速率，温度范围，暴露时间等因素，可以生成不同晶型的二氧化钛。锐钛矿纳米颗粒可以通过快速氧化获得，而加热速率缓慢时形成金红石片晶体。

文献2

Oxidation Stability of Colloidal Two-Dimensional Titanium Carbides

(MXenes)

Chem. Mater. 2017, 29, 4848−4856.

内容简介

系统性研究MXenes胶体悬浮液的氧化问题，结果表明，溶解氧，水和高温环境极大地加速了降解。降解过程是在每个MXenes纳米片间独立进行的，片径小的MXenes纳米片，其氧化过程进行得更快，通过降解时间常数和薄片尺寸之间的关系，能够从UV-Vis原位确定降解纳米片的尺寸大小，反之亦然。另一个重要结论是MXenes的氧化开始于薄片边缘，然后向内进行，遵循单指数衰减行为。MXenes的胶体在氩气下更稳定，因此，提出了改进的储存MXenes溶液的方法，将MXene胶体溶液存储在Ar饱和水溶液中，冰箱中冷藏，提高其稳定性和时间常数，来延长MXene溶液的使用寿命。这些方法在提高不同MXene溶液的寿命方面的有效性是通用的。

文献3

A comparative study on the oxidation of two-dimensional Ti3C2 MXene structures in different Environments

J. Mater. Chem. A, 2018,6, 12733-12743.

内容简介

通过基于不同存储介质环境的分子动力学模拟（过氧化氢由H2O2分子组成，湿空气由氧和水分子组成，干燥空气仅由氧分子组成）和温度（1000、1500、2000、2500和3000 K）。文章认为，氧化速率遵循以下顺序：H2O2>湿空气>干空气，并且当温度升高时，氧化速率也会增加，认为水中的溶解氧是氧化的重要原因，相比之下，真空高温会导致立方晶TiC的形成。

文献4

Hydrolysis of 2D Transition-Metal Carbides (MXenes) in Colloidal

Solutions

Inorg. Chem. 2019, 58, 1958−1966

内容简介

本文用实验证明，水扮演的不仅仅是作为溶剂的作用，在MXenes的降解过程中也发挥着重要作用，即使在惰性气氛下，水的存在也是有损的MXene长期稳定性。在水溶液中，MXenes的水解导致碳化钛MXenes完全转变成二氧化钛。作为应用和研究最广泛的两种MXenes材料，用Ti3C2Tx和Ti2CTx进行了系统性的研究，它们具有相同的元素组成和化学键，区别仅在于单层的厚度（5个原子层和3个原子层），可以通过相同的方法制备，特别适合研究厚度对不同性能的影响，发现312 MAX相比211 MAX相刻蚀得到的MXenes有更好的抗氧化稳定性，具体来说，两种MXenes，Ti3C2Tx和Ti2CTx，在水和异丙醇溶剂中进行了对比研究，暴露于氧气和惰性气体气氛中。当环境中水和O2都存在时，两种MXene氧化速度极快，Ti3C2Tx为5天，Ti2CTx为7小时。当水或O2单独存在时，降解速率降低，Ti3C2Tx在水/Ar为41天，Ti3C2Tx在异丙醇/O2为2026天， Ti2CTx在水/Ar为2天，Ti2CTx在异丙醇/O2为7天。本文呈现的数据和分析清楚地表明是水而不是氧在MXene降解过程中起关键作用，MXene保存需要隔离水分子的作用，这些结果对MXene制备和存储有重要意义。

文献5

An investigation into the factors governing the oxidation of two-dimensional Ti3C2 MXene

Nanoscale, 2019, 11, 8387

内容简介

先前的研究结果表明，水分子影响氧化，低温下氧化反应速度较慢，在这些前人研究的基础上。本文讨论了影响氧化速率的主要因素，确定温度和暴露的水分子为氧化的重要因素，Ti3C2Tx薄片的氧化稳定性在水分子和温度得到很好控制的系统中得到了改进，并提出了有关MXenes保存的原则。发现储存时，Ti3C2Tx MXene的水溶液可保持化学稳定性超过39周（温度为-80摄氏度），足够低温度下，可以停止氧化过程。如果Ti3C2Tx薄片分散在乙醇中，即使储存在5摄氏度的条件下，降解过程也可以明显延迟。在这两种情况下（低温和乙醇溶剂），都可以最大程度地减少水对Ti3C2Tx薄片的氧化稳定性的影响，都可以作为MXenes储存的环境条件。合适的存储环境延长了MXenes纳米片降解时间，使得MXenes的应用范围将更加广泛。

信息来源： MXene笔记