二维MXene材料制备新策略

二维MXene材料经过十年的研究发展，在储能、催化、屏蔽等多个领域有着广泛应用。第三届MXene国际研讨会指出，更加绿色、安全、高效的制备方法是亟待解决的关键问题之一。此前，路易斯酸盐刻蚀法的提出实现了二维MXene材料的安全、普适性制备。在此基础上，四川大学刘颖教授（点击查看介绍）、林紫锋研究员（点击查看介绍）以及法国图卢兹第三大学Patrice Simon教授合作报道了二维MXene材料的一锅法制备策略，首次实现了以元素单质粉为前驱体直接制备二维MXene材料。

图1. 空气气氛一锅法制备MXene材料思路

本研究将熔融盐法制备MAX与熔融盐路易斯酸刻蚀制备二维MXene思路相结合，以元素单质粉为原材料（step 1），采用熔融盐在高温中原位制备MAX相（step 2）后降温至700摄氏度加入路易斯酸盐原位刻蚀制备二维MXene材料（step 3），刻蚀保温时长仅为10分钟便可达到较好刻蚀效果。全制备流程时长低于8小时，包括加热及降温过程，远低于以往MXene制备策略——仅刻蚀步骤便需数十小时甚至数天。且本制备过程利用了低熔点共晶盐融化将反应物与空气隔绝，从而无需惰性气体保护，大大简化制备条件。同步辐射XRD证明MXene的成功制备及多层堆叠结构，扫描电镜显示制备二维MXene为多层微米颗粒，颗粒呈现明显类手风琴状。

综上，本研究提出一锅法制备策略可实现单质粉制备二维MXene材料，大大降低制备成本；极大缩短制备时间，提高制备效率；无需惰性气体保护，降低制备成简化制备条件。

图2. Ti₃C₂T_x同步辐射XRD及微观结构分析

将所制备Ti₂CT_x和Ti₃C₂T_x MXene材料作为电化学储锂负极研究表明，制得MXene电极与前期路易斯酸法制备MXene具有较为相似电化学行为，不存在显著氧化还原峰，且表现出良好的倍率性能，具有赝电容行为特性，其中Ti₂CT_x MXene可获最高280 mAh/g比容量，有望作为高功率储锂负极材料。

图3. MXene材料电化学储锂性能

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章共同第一作者为四川大学硕士研究生马国良和法国图卢兹第三大学博士后邵辉，共同通讯作者为四川大学刘颖教授、林紫锋研究员和法国图卢兹第三大学Patrice Simon教授，合作作者有中科院宁波材料所黄庆研究员及东莞理工学院徐进博士。该工作得到国家自然科学基金委、四川省科技厅重大专项和中央高校基本科研业务费支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Li-ion storage properties of two-dimensional titanium-carbide synthesized via fast one-pot method in air atmosphere

Guoliang Ma, Hui Shao, Jin Xu, Ying Liu*, Qing Huang, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon* & Zifeng Lin*

Nat. Commun., 2021, 12, 5085, DOI：10.1038/s41467-021-25306-y

导师介绍

刘颖

https://www.x-mol.com/university/faculty/48554 

林紫锋

https://www.x-mol.com/groups/linzifeng