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Synthesis of Three Families of Titanium Carbonitride MXenes
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-10-03 , DOI: 10.1021/jacs.3c04712 Teng Zhang 1 , Christopher E Shuck 1 , Kateryna Shevchuk 1 , Mark Anayee 1 , Yury Gogotsi 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-10-03 , DOI: 10.1021/jacs.3c04712 Teng Zhang 1 , Christopher E Shuck 1 , Kateryna Shevchuk 1 , Mark Anayee 1 , Yury Gogotsi 1
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Layered MAX phases and two-dimensional (2D) MXenes derived from them are among the most studied materials due to their attractive properties and numerous potential applications. The tunability of their structure and composition allows for every property to be modulated over a wide range. Particularly, elemental replacement and formation of a solid solution without changing the structure allow fine-tuning of material properties. While solid solutions on the M (metal) site have received attention, the partial replacement of carbon with nitrogen (carbonitrides) has received little attention. By applying this concept, herein we report the synthesis of three families of titanium carbonitride Tin+1Al(C1–yNy)n MAX phases and Tin+1(C1–yNy)nTx MXenes with one, two, and three C/N layers. This greatly expands the variety of known MAX phases and MXenes to encompass 16 titanium carbonitrides with tunable X-site chemistries and different 2D layer thicknesses, including MXenes in the Ti4(C1–yNy)3Tx system, which have not been previously reported. We further investigated the relationship among the composition, structure, stability, and synthesis conditions of the MXenes and their respective Al-based MAX phases. This range of materials will enable fundamental studies of the N/C ratio effect on optoelectronic, electromagnetic, and mechanical properties of MXenes, as well as tuning those properties for specific applications.
中文翻译：
三个碳氮化钛 MXene 家族的合成
层状 MAX 相和由其衍生的二维 (2D) MXene 因其具有吸引力的特性和众多潜在应用而成为研究最多的材料之一。它们的结构和组成的可调性允许在很宽的范围内调节每个属性。特别是，在不改变结构的情况下进行元素置换和固溶体的形成可以对材料性能进行微调。虽然 M（金属）位点上的固溶体受到了关注，但用氮（碳氮化物）部分取代碳却很少受到关注。通过应用这个概念，本文报告了三个族碳氮化钛 Ti n +1 Al(C 1– y N y ) n MAX 相和 Ti n +1 (C 1– y N y ) n T x MXene的合成一层、两层和三层 C/N 层。这极大地扩展了已知 MAX 相和 MXene 的种类，涵盖 16 种具有可调节 X 位化学性质和不同 2D 层厚度的钛碳氮化物，包括 Ti 4 (C 1– y N y ) 3 T x系统中的MXene ，该系统没有之前曾报道过。我们进一步研究了 MXene 及其各自的铝基 MAX 相的组成、结构、稳定性和合成条件之间的关系。该系列材料将能够对 N/C 比率对 MXene 的光电、电磁和机械性能的影响进行基础研究，并针对特定应用调整这些性能。
更新日期：2023-10-03
中文翻译：
三个碳氮化钛 MXene 家族的合成
层状 MAX 相和由其衍生的二维 (2D) MXene 因其具有吸引力的特性和众多潜在应用而成为研究最多的材料之一。它们的结构和组成的可调性允许在很宽的范围内调节每个属性。特别是，在不改变结构的情况下进行元素置换和固溶体的形成可以对材料性能进行微调。虽然 M（金属）位点上的固溶体受到了关注，但用氮（碳氮化物）部分取代碳却很少受到关注。通过应用这个概念，本文报告了三个族碳氮化钛 Ti n +1 Al(C 1– y N y ) n MAX 相和 Ti n +1 (C 1– y N y ) n T x MXene的合成一层、两层和三层 C/N 层。这极大地扩展了已知 MAX 相和 MXene 的种类，涵盖 16 种具有可调节 X 位化学性质和不同 2D 层厚度的钛碳氮化物，包括 Ti 4 (C 1– y N y ) 3 T x系统中的MXene ，该系统没有之前曾报道过。我们进一步研究了 MXene 及其各自的铝基 MAX 相的组成、结构、稳定性和合成条件之间的关系。该系列材料将能够对 N/C 比率对 MXene 的光电、电磁和机械性能的影响进行基础研究，并针对特定应用调整这些性能。
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