Nat. Komunitas. ｜ Pengaturan jarak lapisan dan kelompok permukaan MXene secara simultan menggunakan alkali halida Lewis

Baru-baru ini, tim Xiao Xu dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Tiongkok telah membuat kemajuan bertahap seputar masalah ilmiah utama regulasi permukaan dan antarmuka MXene, dan menerbitkan dua artikel di majalah Nature Communications dalam dua bulan. Tim Xiao Xu mengusulkan bahwa dengan menggunakan sejumlah besar kation dan anion bebas dalam halida alkali Louis eutektik suhu rendah, gugus - F pada permukaan MXene dapat digantikan oleh ion halogen terlarut dalam garam cair melalui reaksi nukleofilik (MXene yang diolah diberi nama LB MXene), dan kation dimasukkan ke dalam lapisan untuk memperluas jarak lapisan. Metode ini dapat mewujudkan pengaturan jarak lapisan MXene dan kelompok permukaan secara bersamaan. Ini sangat penting untuk penerapan MXene di bidang optoelektronik, energi, dan bidang lainnya.



Dengan menyesuaikan proporsi AlBr3 dalam garam cair eutektik AlBr3-NaBr-KBr, sistem garam cair dapat mencapai lompatan dari asam Lewis menjadi basa Lewis. Hanya dalam kondisi basa Lewis barulah terdapat sejumlah besar ion Br terlarut bebas. Ion halogen terlarut dalam garam cair eutektik berpartisipasi dalam substitusi gugus melalui reaksi nukleofilik. Setelah substitusi kelompok, kompensasi biaya kation semakin memperluas jarak lapisan MXene. Efek sinergis dari substitusi gugus halogen dan interkalasi kation (sejumlah besar Na+ dan K+ yang terlarut) menjadi alasan peningkatan jarak antar lapisan. Metode ini berlaku untuk berbagai MXena, termasuk MXena fase 32/43, MXena tunggal/ganda, dan MXena yang disintesis dengan etsa asam HF atau Lewis.



Pencapaian ini dipublikasikan secara online di jurnal internasional Nature Communications, dengan judul: Simulasikan penyetelan jarak antar lapisan dan penghentian MXenes oleh Lewis basic halides.

Membaca dengan panduan gambar dan teks

Gambar 1.Persiapan dan karakterisasi LB-Ti3C2Tx. A. Diagram skema pembuatan LB Ti3C2Tx. Setelah perlakuan basa Lewis halida, Ti3C2Tx diinterkalasi dengan Na+ dan K+ terdesolvasi, menghasilkan peningkatan jarak antar lapisan. Pada saat yang sama, gugus -F di permukaan digantikan oleh anion halogen terlarut. B. Substitusi nukleofilik antara ion Br terlarut dan gugus F. C-d, pemindaian mikroskop elektron Ti3C2Tx multi-layer dan LB-Ti3C2Tx. Skala 1 m。 e. Spektrum XRD dari multilayer Ti3C2Tx dan LB-Ti3C2Tx. F. Gambar TEM medan gelap annular sudut tinggi (HAADF) resolusi atom dan susunan atomnya. Skalanya 1 nanometer. G. Analisis elemen spektrum energi (pemindaian garis) LB Ti3C2Tx. H. Spektra Br 3d XPS resolusi tinggi dari Ti3C2Tx dan LB Ti3C2Tx.

Gambar 2.a-c, komposisi garam cair AlBr3/NaBr/KBr dengan perbandingan berbeda. Spektrum D-e, XRD dan spektrum Br 3d XPS resolusi tinggi dari LB-Ti3C2Tx yang diolah dengan garam cair AlBr3/NaBr/KBr dalam proporsi berbeda. F. Tren perubahan kandungan gugus bromin dan jarak lapisan pada LB-Ti3C2Tx yang diolah dengan garam cair AlBr3/NaBr/KBr dengan proporsi berbeda.

Gambar 3.Gambar SEM a, d, g, Nb4C3Tx, Mo2Ti2C3Tx dan Ti3C2Tx-I sebelum dan sesudah perlakuan basa Lewis halida. SKALA 1 m。 b. Spektrum XRD e, h, Nb4C3Tx, Mo2Ti2C3Tx dan Ti3C2Tx-I sebelum dan sesudah perlakuan basa Lewis halida. C. Spektrum XPS resolusi tinggi f, i, Nb4C3Tx, Mo2Ti2C3Tx dan Ti3C2Tx-I.

Gambar 4.A. Kurva CV Ti3C2Tx dan LB-Ti3C2Tx pada kecepatan pemindaian 2 mV s-1. B. Perbandingan kapasitas Ti3C2Tx dan LB Ti3C2Tx pada kecepatan pemindaian yang berbeda. C. Kapasitas LB-Ti3C2Tx dengan kepadatan arus yang berbeda. D. Stabilitas siklik LB Ti3C2Tx pada 3A g-1.