7 月 6 日消息，維也納工業大學（TU Wien）的科學家團隊與 CEST 和 AC2T 合作，開發出一種更安全、更實用的方法來生產“奇跡材料”MXene。

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

▲ 圖源：維也納技術大學

“要生產 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”，維也納工業大學工程設計及產品開發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，這會產生一個原子級薄層系統，這些層可以以極小的阻力相互滑動。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。它還會產生難以處置的廢物。“這就是為什么 MXene 尚未在工業上取得重大突破”，比洛托說，“在工業規模上建立這樣一個過程很困難，許多公司因此望而卻步，這是可以理解的。”

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

“電化學提供了一條替代途徑來打破 MAX 相中的鋁鍵，”比洛托解釋道。“當施加電壓時，MAX 相會產生電流，在其界面引發反應。通過精確選擇電壓，我們能夠調整反應，使得只有鋁原子被去除，留下電化學 MXene（EC-MXenes）作為產物。”

基于這種方法，該團隊在單次過程中實現了高達 60% 的 EC-MXene 產出率，且沒有產生不需要的副產品。

該材料使用多種化學分析工具進行了檢查 —— 例如用于化學元素分布的 SEM / EDX（掃描電子顯微鏡 / 能譜儀），用于表面結構的 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，脈沖電學方法不僅提高了產出率，而且通過在整個過程中保持表面清潔和反應活性，提高了材料的質量。“我的目標是使 MXene 的合成變得極其簡單。應該在任何廚房里都能實現，”比洛托說。“我們離這個目標非常近了。”