制作2D金属碳化物和氮化物变得更容易了

亚博网站下载只有几个原子厚的材料，也称为二维材料，具有块体材料所没有的独特性质，在能源存储、太阳能电池、水净化等方面都有应用。这类材料最著名的例子之一就是石墨烯，它由单层碳原子构成。亚博网站下载另一种名为MXenes的2D材料于2011年首次合成。由于其金属导电性和亲水性，二维材料在可充电电池、气体传感和光热癌症治疗中具有潜在的应用前景。亚博网站下载

然而，制作它们只有几个过程。一种新方法近日报道在《Angewandte Chemie国际版有望更简单，使用更便宜的前体，打开潜在成分和前体的范围。

MXenes是过渡金属碳化物和氮化物，其中M代表金属，如钛、钒、钽、铌和钼，X代表碳或氮。到目前为止，已经制作了大约20种不同的作品，还有几种正在制作中。传统的制作方法是用三种被称为MAX化合物的元素对层状前体进行化学蚀刻，其中A代表铝、硅、锗和锡等元素。含氟的酸性蚀刻剂去除A层，留下MXenes，其表面被羟基、氟化物或其他基团功能化。

虽然MAX的前驱体可能有多种用途，但到目前为止，只有含铝的化合物被成功地蚀刻成MXenes。例如，钛铝碳化物(Ti_3.酒精度₂)是唯一用于合成碳化钛(Ti_3.C₂)．但是，这种前驱体价格昂贵，而且供应有限。

另一个选择是使用硅版本的Ti_3.原文如此₂它更常见，也更便宜。然而，之前使用氟化物基蚀刻剂去除硅的尝试并没有奏效，因为它们未能打破过渡金属上的强硅键。现在，费城德雷塞尔大学(Drexel University)的一组研究人员找到了一种解决这个问题的方法。

他们利用的知识是，当氧化剂如硝酸、过氧化氢和高锰酸盐与氢氟酸混合时，硅可以腐蚀。先前的研究表明，当硝酸与氟化氢混合时，可以通过帮助打破硅碳键来蚀刻碳化硅。

在新的研究中，研究人员沉浸在Ti_3.原文如此₂变成氢氟酸和过氧化氢的溶液。过氧化氢慢慢地从硅层上蚀刻下来，大约两天之后，只剩下几层碳化钛，它们分层形成大约1纳米厚的紫黑色薄片。

扫描电子显微镜(SEM)图像_3.原文如此₂显示紧密的包装层，暴露在腐蚀剂-氧化剂混合物变得更松散和更开放，确认蚀刻离开硅。化学分析使用能量色散x射线光谱学(EDX)，显示在薄片中很少有硅，再次证明它被蚀刻掉了。结构分析表明，使用硅基前驱体制备的碳化钛与使用铝基前驱体制备的碳化钛具有相同的结构。

其他氧化剂也可能被使用。该团队展示了使用硝酸的初步结果，尽管硝酸很难控制蚀刻速率，而且经常导致过度蚀刻。此外，他们还证实高锰酸钾和过硫酸铵也可以蚀刻掉硅。然而，他们写道，所有这些结果只是初步的，需要进一步优化材料和条件，为未来使用这种方法的生产铺平道路。亚博网站下载

这将开启使用硅基起始材料来制造新的MXenes和其他以前无法制造的2D材料的可能性，并使制造过程更容易。亚博网站下载

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