Chem：无水刻蚀MXene-极性有机溶剂

【研究背景】

自从2011年2D过渡金属碳化物(Ti₃C₂T_z)MXene被发现以来，截止到目前，已经大概有30种新型的MXene材料被陆续发现。MXene天生具有的化学多样性，亲水性，2D形貌以及金属导电性，使其在众多领域中有着广泛的应用，如能量储存，电化学析氢催化，气体传感器，海水淡化，电磁屏蔽等等。

通常来讲，由HF酸刻蚀而得到的多层MXenes很难在水中形成稳定，高浓度的分散液。为了解决这一问题，通常需要使用有机分子插层，如二甲基亚砜(DMSO)，四甲基氢氧化铵(TMAOH)，四丁基氢氧化铵(TBAOH)等。事实上，水作为溶剂会直接限制MXene材料在一些水敏感的应用中的潜在价值，比如一些聚合反应会因为水的存在而无法进行，同样，一些独特的量子点材料也因为水的存在无法和MXene进行复合。最重要的是，材料中所含有的微量水会影响材料在锂或钠离子电池的性能，尤其是选择有机溶剂作为电解液的情况下，因此，通常在制备负极时需要真空干燥处理。

【成果简介】

最近，美国德雷塞尔大学MichelW. Barsoum教授课题组在国际顶级学术期刊Chem上发表一篇题为2D Ti₃C₂T_z MXene Synthesized by Water-free Etching of Ti₃AlC₂ in Polar Organic Solvents的研究论文，该论文创新性地使用有机极性溶剂-氟化氢铵(NH₄F₂)，在无水环境中对MXenes材料进行刻蚀与插层，这种刻蚀方法可以得到氟基官能团含量较高的Ti₃C₂T_z 纳米片。此外，还将在碳酸丙烯酯中刻蚀得到的Ti₃C₂T_z 材料应用于钠离子电池，相比于在水环境中刻蚀得到的MXenes，电化学容量提升了一倍，极具参考价值。

【图文导读】

图1. 刻蚀与清洗步骤示意图

图2. Ti₃C₂T_z在不同有机溶剂中刻蚀的XRD图像。

图3. PC-Ti₃C₂T_z样品的微观形貌表征：SEM&TEM图像。

图4. PC-MX样品Ti 2p的XPS分峰情况。

图5. PC-MX负极应用于钠离子电池的电化学性能。

【本文总结】

     本研究证明了在一定量含有的氟化氢铵有机极性溶剂中刻蚀MAX的可行性。这种方法是基于如下假设：氟化氢铵在极性溶剂中可以分解氟化铵以及氢氟酸。尽管如此，还需要更深入的研究来理解这种刻蚀方法的刻蚀机理。基于本工作，为其他MAX相的材料刻蚀提供了新思路，这种刻蚀方法如果需要的话是可以在手套箱中进行的，这与当使用以水作为溶剂的方法是截然不同的，因为后者无法在手套箱中操作。这种高氟基官能团含量的MXenes材料已经被理论证明，与在水中刻蚀得到的富含氧基官能团MXenes相比，具有及其不同的光学、电学以及催化性能。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.019

信息来源： MXene Frontier