7 月 6 日消息，維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)與 CEST 和 AC2T 合作，開發(fā)出一種更安全、更實(shí)用的方法來生產(chǎn)“奇跡材料”MXene。

據(jù)介紹，MXene 是一種主要由鈦和碳構(gòu)成的二維材料，由僅一個(gè)原子厚的層構(gòu)成，正在被研究用于電池、傳感器、電磁屏蔽以及固體潤滑劑 —— 甚至在太空應(yīng)用中。

▲ 圖源：維也納技術(shù)大學(xué)

“要生產(chǎn) MXene，首先需要所謂的 MAX 相。這些材料可能由例如鋁、鈦和碳層組成”，維也納工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)及產(chǎn)品開發(fā)研究所的皮爾路易吉?比洛托（Pierluigi Bilotto）表示，“迄今為止，人們使用氫氟酸來蝕刻掉 MAX 相中的鋁，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)原子級薄層系統(tǒng)，這些層可以以極小的阻力相互滑動(dòng)。這使得這些 MXene 成為一種很好的潤滑劑。”

然而，氫氟酸具有劇毒且處理危險(xiǎn)。它還會(huì)產(chǎn)生難以處置的廢物。“這就是為什么 MXene 尚未在工業(yè)上取得重大突破”，比洛托說，“在工業(yè)規(guī)模上建立這樣一個(gè)過程很困難，許多公司因此望而卻步，這是可以理解的。”

為了克服這個(gè)問題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種不同的方法，利用電能和更安全的化學(xué)混合物 —— 具體來說是四氟硼酸鈉和鹽酸（NaBF?/HCl）。他們不使用穩(wěn)定的電流，而是使用短時(shí)電壓脈沖（陰極脈沖）。這些脈沖會(huì)產(chǎn)生微小的氫氣泡，使材料表面保持活性，從而幫助更有效且持續(xù)地去除鋁層。

“電化學(xué)提供了一條替代途徑來打破 MAX 相中的鋁鍵，”比洛托解釋道。“當(dāng)施加電壓時(shí)，MAX 相會(huì)產(chǎn)生電流，在其界面引發(fā)反應(yīng)。通過精確選擇電壓，我們能夠調(diào)整反應(yīng)，使得只有鋁原子被去除，留下電化學(xué) MXene（EC-MXenes）作為產(chǎn)物。”

基于這種方法，該團(tuán)隊(duì)在單次過程中實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 60% 的 EC-MXene 產(chǎn)出率，且沒有產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)品。

該材料使用多種化學(xué)分析工具進(jìn)行了檢查 —— 例如用于化學(xué)元素分布的 SEM / EDX（掃描電子顯微鏡 / 能譜儀），用于表面結(jié)構(gòu)的 XPS（X 射線光電子能譜）和 LEIS（低能離子散射譜），以及用于尺寸、間距和其他物理特性的 AFM（原子力顯微鏡）、TEM（透射電子顯微鏡）、拉曼光譜（Raman）和 XRD（X 射線衍射）。

研究人員表示，脈沖電學(xué)方法不僅提高了產(chǎn)出率，而且通過在整個(gè)過程中保持表面清潔和反應(yīng)活性，提高了材料的質(zhì)量。“我的目標(biāo)是使 MXene 的合成變得極其簡單。應(yīng)該在任何廚房里都能實(shí)現(xiàn)，”比洛托說。“我們離這個(gè)目標(biāo)非常近了。”