北航AEM: 超快合成富空位MXene，可作为单原子有效载体促进催化反应

二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)是近几十年发展起来的一类明星材料，通常是通过从MAX相中选择性地去除A层来合成的。除了可调的组成和结构之外，MXenes还具有原子层厚度，甚至在选择性刻蚀之后产生有序的空位，表现出可调的电性能、亲水/疏水表面和优异的机械强度。目前MXenes主要是通过液相和熔盐刻蚀方法合成，但由于生产时间过长，导致MXenes表面终端不可避免的发生变化，甚至MXenes发生氧化。因此，需要开发合适的策略来直接快速合成MXenes。

近日，北京航空航天大学杨树斌和杜志国等提出了一种在高温金属氯化物(ZnCl₂)蒸气中选择性刻蚀MAX相(Ti₂AlC)快速制备MXenes (Ti₂CCl_x)的方法。在这种合成方法中，具有高化学活性的金属氯化物蒸气可以与MAX相的层间A层反应，导致反应体系中含氯化物的气态A的快速脱除，时间仅为5分钟；同时，MX片晶格中的M位原子可以被可控地刻蚀出来，形成金属空位，这些金属空位具有很强的还原能力，可以从ZnCl₂蒸气中得到Zn单原子；最后通过高温挥发得到了富空位的MXene。值得注意的是，腐蚀时间不到液相和熔盐腐蚀方法的六十分之一。

此外，所制备的MXenes可以作为一个高效的单原子Pt载体(Ti₂CCl_x-Pt_SA)，其与Pt单原子形成的化合物在酸性条件下仅需41 mV的HER过电位就能产生10 mA cm⁻²的电流密度；并且，其使经过5000个CV循环后，电流密度无明显衰减，显示优异的长期稳定性。理论计算表明，Ti₂CCl_x-Pt_SA表现出最佳的氢吸附自由能(0.016 eV)，有利于发生氢吸附-解吸过程；同时，Ti₂CCl_x-Pt_SA在费米能级附近具有更高的占据态，导致高电导率和良好的电催化活性。

此外，该项工作所提出的MXene快速生产方法可以提供许多可能性，通过利用选定的气体和蒸汽，合成具有可调节的成分、丰富的表面化学和定制的电学性质的多样化MXene，有利于它们随后在电子学、电磁干扰屏蔽、微波吸收、能量存储和转换等方面的功能化。

Minutes‐fast production of vacancy‐enriched MXenes as an efficient platform for single‐atom electrocatalysts. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202304149

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