V基MXene合成的通用策略

研究摘要

以V2CTx为代表的钒基碳化物MXenes，在能量存储、传感、电子与光学等不同应用中颇具潜力。然而，在过去的十年中，与V2CTx有关的研究局限于多层MXene，这是因为V2CTx少层MXene胶体状态下的不稳定性。因此，美国德雷赛尔大学Yury Gogotsi教授研究团队在《Chemistry of Materials》发表研究成果，报道了一种制备高质量V2CTx的温和合成方法，结合离子交换过程与絮凝过程，可以将这类MXene在水系分散液中的保存期限延长三个数量级左右，从几个小时增加到几个月。论文中对刻蚀与分层机理进行了讨论，并为研究者们提供了一份这类MXene的指导性参考，解释了刻蚀条件、插层化学试剂与后处理过程对V2CTx MXene的质量、化学稳定性与光电性能的影响。在离子交换与絮凝过程中，四丁基或四甲基离子被锂离子替换。最终得到的分层V2CTx不仅可以在分散液中储存数月，还能够重新分散并形成MXene膜，这些MXene膜在光学与电学性能方面具有明显的提升。在干燥状态下，其电子导电性达到超过1000 S cm-1。延长的保存期限可以为这类MXene在不同应用领域的研究提供保障。

图文导读

图1. V2CTx MXene的合成过程与物相表征。

图2. V2CTx MXene的物相表征。

图3. 不同制备条件的V2CTx MXene膜图像与XRD图谱。

图4. 不同存储条件的V2CTx MXene膜的实物图。

图5. 离子交换过程示意图及其对导电性的影响。

图6. 不同储存时间的V2CTx MXene。d图为储存147天之后的溶液进行抽滤形成的MXene膜。

图7. 不同制备条件的V2CTx MXene分散液、凝胶与实物图。 

总结

     本文报道了克服V2CTx MXene稳定性问题的方法，使其成为最稳定的MXene之一。使用混合酸作为刻蚀剂，利用离子交换提升在湿润与干燥状态下的化学稳定性。这种离子交换过程能够调控层间距，进而提升V2CTx MXene自支撑膜的电子导电性。为V2CTx MXene的刻蚀与分层提供了新的参考。

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