表面和界面化學(xué)對(duì)于控制二維過渡金屬碳化物和氮化物（MXene）的性能至關(guān)重要。人們致力于用小無機(jī)配體對(duì) MXene 進(jìn)行功能化；然而，關(guān)于有機(jī)基團(tuán)直接鍵合到 MXene 表面的蝕刻方法很少有報(bào)道。在這項(xiàng)工作中，我們展示了一種在有機(jī)路易斯酸（三氟甲磺酸）溶劑中直接合成具有有機(jī)端基的 2D Ti3C2TxMXene 納米片的高效快速策略，無需引入額外的插層。鋁的溶解和隨后原位引入的三氟甲磺酸導(dǎo)致TisC,TxMXene(T= CFSO:)(表示為CF3SO:H-TisCzTx)薄片的提取，其尺寸達(dá)到15 um，并且單層或多層的產(chǎn)率很高(超過70%)。幾層。更重要的是，大型 CF3SO:H-TisCzTx MXene 納米片具有高膠體穩(wěn)定性，使其有望成為析氫反應(yīng)的有效電催化劑。
圖1. (a) 合成路線示意圖：使用三氟甲磺酸混合物從 MAX 相 Ti3AlC2 合成 Ti3C2Tx 納米片，然后在 Ar 氣氛下進(jìn)行超聲處理。 (b) 原始 Ti3AlC2 與 HF 反應(yīng)前（黑線）和反應(yīng)后（橙線）以及單層或多層 CF3SO3H-Ti3C2Tx（綠線）的 XRD 圖。插圖顯示了 CF3SO3H-Ti3C2TxMXene 納米片水分散體 (∼5.0 mg/mL) 相應(yīng)的廷德爾效應(yīng)的照片。 (c) 通過 CF3SO3H 蝕刻路線生產(chǎn)的 MXene 紙的光學(xué)照片。(d) CF3SO3H-Ti3C2Tx 的 TEM 和 (e) HR-TEM 圖像，其中 (e) 中的插圖顯示相應(yīng)的選區(qū)電子衍射 (SAED) 圖案。 (f) CF3SO3H-Ti3C2Tx 的 AFM 圖像，其中插圖顯示基于 AFM 的線掃描結(jié)果。 (g) 單層或多層CF3SO3H-MXenes橫向尺寸的統(tǒng)計(jì)分析。
圖2. (a-c) 原始 Ti3AlC2 和所得 CF3SO3H-Ti3C2Tx 的高分辨率 XPS 光譜，分別具有 (a) Ti 2p、(b) C 1s 和 (c) O 1s 光譜。 (d) 高分辨率HAADF-STEM圖像和(e) EELS原子柱映射，表明CF3SO3H-Ti3C2Tx的層狀結(jié)構(gòu)。(f) CF3SO3H-Ti3C2Tx和HF-Ti3C2Tx分散體在初始狀態(tài)以及15天和30天后的照片。( g）CF3SO3H-Ti3C2TX的Zeta電位。（h）由溶液儲(chǔ)存不同時(shí)間后合成的MXene薄膜的拉曼光譜。
圖3. (a−e) 原始 Ti3AlC2 和蝕刻 Ti3AlC2 的最低能量原子構(gòu)型及其相應(yīng)的 ELF 圖，其中 CF3SO3H 的含量不斷增加。 (f-i) 具有不同CF3SO3−位點(diǎn)的Al原子的吸附能。 (j) CF3SO3H-Ti3C2Tx的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度(DOS)。
圖4. (a) CF3SO3H-Ti3C2Tx、HF-Ti3C2Tx 和 LiF/HCI-Ti3C2Tx 催化劑在 0.5 M H2SO4 中記錄的 HER 極化曲線。 (b) 對(duì)應(yīng)于(a) 部分的塔菲爾圖。 (c) CF3SO3H-Ti3C2Tx、HF-Ti3C2Tx 和原位 HF-Ti3C2Tx 催化劑的 EIS 譜。 （d）在-0.20 V恒定過電勢下通過計(jì)時(shí)電流法（CA）測試CF3SO3H-Ti3C2TxMXene的耐久性測試。插圖：CF3SO3H-Ti3C2Tx在24小時(shí)循環(huán)之前和之后的LSV曲線。
相關(guān)科研成果由上海大學(xué)Xingli Zou等人于2024年發(fā)表在Angewandte Chemie（https://doi.org/10.1002/anie.202405315）上。原文：One-step Synthesis of Organic Terminal 2D Ti3C2T x MXene Nanosheets by Etching of Ti3AlC2 in an Organic Lewis Acid Solvent
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202405315
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
