结构二维过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)由于其独特的物理化学性质而引起了材料科学研究界的关注。然而，一种简单且具有成本效益的MXene合成尚未被报道。在这里，利用元素前体，我们报道了一种通过碳化钛形成碳化铝和随后在熔融盐罐中原位蚀刻合成MXene的方法。熔融盐作为反应介质，防止在高温合成过程中反应物的氧化，从而使在不使用惰性气体保护的空气环境中合成MXene。Ti3C2Tx的终端Cl和Ti2CTx MXene采用单锅合成方法制备，其中700°C的原位蚀刻步骤只需要大约10分钟。此外，当作为半细胞结构中非水中锂离子存储的活性材料时，获得的Ti2CTx MXene分别在0.1Ag−1和2Ag−1的特定电流下表现出约280mAhg−1和160mAhg−1的锂化能力值。

图1.在空气气氛中，二维碳化钛的一罐合成。

以Ti、Al、C元素粉为原料的露天Ti3C2Tx Mxene单锅合成示意图。RT代表室温。样品颗粒中含有Ti：Al：C：NaCl：KCl粉末，摩尔比为3：1.2：1.9：3：3；盐床由氯化钠和氯化钾混合物组成，摩尔比为1：1。整个过程的合成时间为460分钟。

图2.Ti3c2Tx的结构表征。

a为1D和2D同步加速器射线(λ=0.072916nm)衍射(SXRD)模式和通过在700°C下蚀刻10min)制备的Ti3C2Tx的Rietveld细化。二维图案中的红色箭头指向样品支架的衍射峰；b，c为Ti3C2Tx的SEM图像，标度条分别为b-2μm和c-0.2μm。

图3.在700°C下用10分钟蚀刻制备的Ti3C2Tx MXene的原子结构分析。

a和b高分辨率透射电子显微镜图像，其中插图显示了所选区域的快速傅里叶变换(FFT)模式，比例条为1/10nm。原子分辨率的高角环形暗场(HAADF)图像以及c[1120]和d[1100]投影和相应的晶体结构；插图是原子位置的放大视图。e原子尺度EDS沿[1100]投影的EDS映射。

图4.Ti3C2Tx-和T2ctx基电极的电化学储能性能。

a为0.5mV/s下Ti3C2Tx和T2CTx MXene的循环伏安谱；b为不同扫描速率下Ti3C2Tx和T2CTxMXene的比容量比较；c为不同特定电流下Ti2CTx MXEne电极的电压谱；d和不同电位下Ti2CTx MXEne电极的电化学阻抗测量。

三、全文总结

文章提出了一种简单的单锅合成元素前体制备MXene的方法。通过消除惰性气体保护的需要，合成操作大大简化了合成操作，与单独制备的传统MXene合成方法相比，单锅合成方法缩短了整个合成时间。cl端Ti3C2Tx和T2CTx MXenes在700°C下采用快速蚀刻步骤，仅10分钟，整个合成时间小于8h。锂离子存储研究表明，单锅合成的MXenes和先前报道的通过刘易斯熔融酸蚀刻获得的MXenes具有类似的电化学特征。获得的Ti2CTx MXene在特定电流为0.1Ag−1和2Ag−1下，分别提供约280mAhg−1和160mAhg−1的锂化能力值。我们认为，单锅合成方法为快速降低生产成本的MXene材料铺平了道路，揭示了MXene材料在储能应用中的广阔潜力。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25306-y