一、研究背景：

MXene作為二維材料的新興成員，由于其金屬導電性和可加工性，在能量轉換/存儲、光/電子學、電磁干擾屏蔽等領域受到了廣泛關注。層間分子、表面基團和界面化學對調控MXene的性質具有重要意義。例如，由不同插層劑插層得到的單層MXene，電導率會相差幾個數量級；不同的表面基團可以調控MXene的態密度和電子結構；MXene與氧氣和水分子間界面作用極大影響著MXene的化學穩定性。

二、文章簡介：

近日，電子科技大學電子科學與工程學院低維電子信息材料與器件團隊在二維過渡金屬碳化物和氮化物（MXene）的表面及界面化學調控、太赫茲屏蔽領域取得重要進展。相關研究成果在兩個月內連續發表在Nature Communications上。

三、研究內容：

1. 表面化學調控

目前報道的絕大多數工作都致力于調控Ti3C2Tx MXene，而關于其他MXene（除了Ti3C2Tx）的表面化學調控工作雖然意義重大，但是鮮有報道，具有挑戰性。肖旭團隊提出低溫共晶路易斯堿性鹵化物中存在大量的自由陽離子和陰離子，MXene表面的-F基團通過親核反應可以被熔融鹽中去溶劑化的鹵素離子取代，同時陽離子插入到層間擴大層間距（圖1）。該方法可以同時實現MXene層間距和表面基團的調控，并且普適于多種MXene，對于MXene在光電子、能源等領域的應用具有重要的意義。

圖1. LB-Ti3C2Tx的制備與表征。a-b， LB-Ti3C2Tx的制備原理圖。c-d，多層Ti3C2Tx和LB-Ti3C2Tx的掃描電鏡。比例尺為1 μm。e， 多層Ti3C2Tx和LB-Ti3C2Tx的XRD譜圖。f，原子分辨率高角度環形暗場（HAADF） TEM圖像。比例尺為1納米。g， LB-Ti3C2Tx的能譜元素分析（線掃描）。h，Ti3C2Tx和LB-Ti3C2Tx的高分辨率Br 3d XPS光譜。

2. 高溫穩定性

針對MXene存在的高溫穩定性問題，肖旭團隊與文岐業教授團隊、周柳江團隊合作，設計出層層堆疊的Ti3C2Tx /膨潤土（EB）的復合材料（MEB），利用界面化學調控思想，提出了氧競爭機制來解決MXene在氧氣/水環境下的高溫穩定性核心問題（圖2）。理論和實驗證明，高溫穩定的膨潤土具有與氧氣分子更強的耦合作用，從而在復合材料中能夠優先于Ti3C2Tx 吸附O2分子。更重要的是，當納米厚度的Ti3C2Tx /EB異質結中的EB飽和吸附氧氣后，會進一步減弱后續O2分子中O-p軌道與Ti-d軌道的雜化作用，進一步抑制了Ti3C2Tx 對O2分子的吸附。MEB潛在應用于高溫氧化環境中的太赫茲電磁屏蔽，在大氣中經過400℃高溫煅燒6 h和600 ℃高溫煅燒2 h，依然分別表現出50 dB和48 dB的電磁屏蔽效能，而Ti3C2Tx 在相同條件下已完全氧化并喪失太赫茲電磁屏蔽性能。

圖2. Ti3C2Tx和MEB在氧氣中的高溫氧化行為示意圖。

Paper 1

Authors： Tianze Zhang， Libo Chang， Xiaofeng Zhang， Hujie Wan， Na Liu， Liujiang Zhou and Xu Xiao*

Title： Simultaneously tuning interlayer spacing and termination of MXenes by Lewis-basic halides

Published in： Nature Communications， doi： 10.1038/s41467-022-34569-y

Paper 2

Authors： Na Liu， Qiaoqiao Li， Hujie Wan， Libo Chang， Hao Wang， Jianhua Fang， Tianpeng Ding， Qiye Wen*， Liujiang Zhou* and Xu Xiao*

Title： High-temperature stability in air of Ti3C2Tx MXene-based composite with extracted bentonite

Published in： Nature Communications， doi:10.1073/pnas.2208060119

審核編輯 ：李倩