PDF《Material: Mxene》

Material Sciences 材料科学, 2017, 7(4), 463-468 Published Online July

2017 in Hans.

http://www.hanspub.org/journal/ms https://doi.org/10.12677/ms.2017.74061 文章引用: 马亚楠, 张传坤, 罗啸, 李伟. 新型二维层状材料MXene的制备方法研究[J]. 材料科学, 2017, 7(4): 463-468. https://doi.org/10.12677/ms.2017.74061 Synthesis of a Novel Two Dimensional Material: Mxene Yanan Ma*, Chuankun Zhang, Xiao Luo, Wei Li School of Science, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan Hubei Received: Jun. 16th , 2017;

accepted: Jul. 9th , 2017;

published: Jul. 12th ,

2017 Abstract The novel two dimensional material MXenes (early transition metal carbides and nitrides) exhibit rich physical and chemical properties like graphene, thus show a wide application in energy sto- rage, catalyst, photoelectricity, biology, etc. But until now, the method fabricating MXenes is not mature. In this paper, we used HF to selectively etch out a layer in MAX phase for synthesizing MXene. Then with the help of the scanning electron microscopy (SEM), transmission electron mi- croscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD), it is found that the HF concentration and system temperature can severely influence the morphology and structure of the obtained MXene. The re- sults show that the perfect layered MXene can be synthesized used

50 wt% HF under 50℃ for

24 h, which will broaden the potential application of MXenes. Keywords 2D Materials, Graphene, MAX, MXene 新型二维层状材料MXene的制备方法研究 马亚楠* ,张传坤,罗啸,李伟湖北汽车工业学院理学院,湖北 十堰 收稿日期:2017年6月16日;

录用日期:2017年7月9日;

发布日期:2017年7月12日摘要新型二维层状材料Mxenes (过渡金属碳化物或氮化物)因其具有与石墨烯类似的结构和丰富的物理化学 * 通讯作者. 马亚楠 等464 性质,在储能、催化、光电、生物等领域具有巨大的潜在应用价值.但至今为止,关于MXenes的制备 方法并不成熟. 本文分别采用HF腐蚀液选择性刻蚀的方法制备了MXenes, 通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段研究了HF的浓度、反应时间、反应温度等工艺 因素对MXenes形貌和结构的影响.研究结果表明,用浓度50 wt%的HF在50℃下反应24 h,得到的层 状MXenes最佳,将有助于进一步拓宽MXenes在多领域的应用. 关键词 二维材料,石墨烯,MAX,MXene Copyright ?

2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ 1. 引言 近年来,石墨烯和其他二维材料因其特殊的结构和优异的物理化学性质,在储能、光电、传感和催 化等领域获得了广泛的应用, 成为了研究热点[1] [2] [3]. 其中类石墨二维层状材料具有较大的比表面积、 较多的活性位点以及原子层厚度等特性,成了近十年的研究热点.2011 年,Gogotsi 和Barsoum 发现一 种新型二维层状材料 MXenes,为二维层状材料增添了很多新成员[4].MXenes 的合成主要是通过选择性 刻蚀三元层状化合物材料 MAX 中A层而得到.MAX 化学式为 Mn + 1AXn,其中 M 代表前过渡金属元 素(Sc,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo 等),A 代表主族元素(第三或四主族元素),X 代表碳或氮元 素,n = 1,2 或3[5].根据 n 值的不同,可以将 MAX 相分为

211、312 和413 相.目前合成出来的 MAX 有70 多种.MAX 相为六方层状结构,其晶体结构中 X 原子填充于 M 原子形成的八面体空隙中,MX 层和A原子层交替排列[6] [7].在MAX 相中,M 与X之间是较强的共价键,M 与A之间是相对较弱的金 属键.合成 MXenes 的机制就是利用 A 层反应活性高,键能低,易从 MAX 相中移除等特点.为了强调 其与石墨烯类似的性能,用同样的后缀(ene)来命名. 与石墨烯、硫化钼等典型的二维材料相比,MXenes 不仅具有比表面积大、活性位点多以及原子层厚 度等特性,还拥有良好的亲水性,金属导电性(可达