MXene領域最新Science：MXene的表面修飾和超導性

CYM 3年前 (2020-08-21) 10254瀏覽

【引言】

?眾所周知，二維（2D）過渡金屬碳化物和氮化物（MXenes）已經被廣泛地研究用于超級電容器，電池，電磁干擾屏蔽，復合材料和催化劑。MXene通常由相應的MAX相合成，其中M代表過渡金屬（例如Ti，Nb，Mo，V，W等），X代表C或N。其中，MXenes主要通過HF酸或鹽酸和氟化物的混合溶液將MAX相中結合較弱的A位元素（例如Al，Ga，Si等）抽出而得到。它具有石墨烯高比表面積、高電導率的特點，又具備組分靈活可調，最小納米層厚可控等優勢。與其他2D材料（例如石墨烯和過渡金屬鹵化碳）的表面不同，這些官能團可以進行化學修飾。最近的理論研究預測，具有不同表面基團的MXene的選擇性終止會展現出優異的特性，例如打開或關閉帶隙，室溫電子遷移率超過10⁴^?cm²/Vs，半金屬性和2D鐵磁性。二維過渡金屬碳化物中表面官能團的多功能化學轉化為這種廣泛的功能材料開辟了以前未曾探索過的設計空間。

近日，美國芝加哥大學Dmitri V. Talapin教授（通訊作者）介紹了通過在熔融無機鹽中進行取代和消除反應來重修飾和消除表面基團的一般策略，從而實現了在MXene上修飾O、NH、S、Cl、Br、Se和Te端基。使得這些不同組分的MXene材料展現出了不同的結構和電子特性。具體來講，表面基團控制MXene晶格中的原子間距離，未應變的碳化鈦晶格相比，以碲化物（Te²^-）配體修飾的Ti_n+1C_n（n= 1，2）MXenes?表現出巨大的（> 18％）界面晶格擴展。此外，在Nb₂C相應的MXenes材料中發現了低溫區超導性的現象，這主要得益于表面修飾作用對晶格軸應力、聲子頻率、電子-聲子耦合強度的調控使得MXene材料表現出了超導特性。相關研究成果以“Covalent surface modifications and superconductivity of two-dimensional metal carbide MXenes”為題于2020年8月21日在線發表于Science上。

【圖文導讀】

圖一、MXene在熔融無機鹽中的表面反應