mxene新型材料的研究进展--无机非金属材料工程毕业论文

Nb2AlC (Ti0.5,Nb0.5)2AlC312 Ti3AlC2 (V0.5,Cr0.5)3AlC2 Nb2CTx Ti0.5,Nb0.5)2CTx Ti3C2Tx V0.5,Cr0.5)3C2Tx 7

90 50 90 50 28 50 2 40 30 50 69

13.88 22.34

13.79 14.88

18.42 20.51

18.62 20.89

17.73 24.26

错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。8] 错误!未找到引用源。 错误!未

( ( Ti3AlCN Ti3CNT 30 18 18.41 22.28

413 Ta4AlC3 Ta4C3Tx 50 72 24.08 30.34

Nb4AlC32

Nb4C3Tx 50 90 24.19 30.47

找到引用源。 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。

虽然表1中列出了MAX相中含有的A元素,但侵蚀条件相差很大,实际上也反映了在MAX相的不同阶段不同的M-Al健的能量。这种差异也可以解释反应中的时间不同问题。

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图1.1 a)HF处理后Ti3AlC2材料的扫描电子显微镜(SEM)图像错误!未找到引用源。 图1.1 b.)经过HF处理后的的Nb2AlCX射线衍射(XRD)图错误!未找到引用源。

另一个重要变量是n,用于一个给定的Mn+1层AlCn相位的值。一般MXene中n值越大就会越稳定。迄今为止,所有试图产生氮化物基MXenes,如Ti2N或Ti4N3,都失败了。相反,它可以选择性地从Ti3AlCN蚀刻铝以产生Ti3CN(见表1.1)。

2011年Naguib和Barsoum等用酸腐蚀的方法,制备出MXene二维晶体的方法是值得一观的。以含铝元素(Al)的MAX相为例,与HF反应生成二维MXene的反应可以分为两步。第一步,如式(1.1),MAX相中的Al元素与HF反应,生成AlF3与H2。MAX相被解离成二维的Mn+1Xn,存在于HF水溶液中。

Mn+1AlXn + 3HF=AlF3 + Mn+1Xn + 1.5H2 (1.1)

第二步,刚生成的Mn+1Xn具有非常高的表面活性,外层M离子为了平衡价态,与周围的水或者HF反应,生成带有F-或OH-官能团的二维Mn+ 1Xn(OH)

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,式(1.2)或Mn+1XnF2,式(1.3)。有一点请注意,式(1.2)或式(1.3)的

反应是平行发生。

Mn+1Xn + 2H2O = Mn+1Xn(OH)2 + H2 (1.2) Mn+1Xn + 2HF = Mn+1XnF2 + H2 (1.3)

但是,利用化学液相刻蚀法只能获得表面带有F、OH等官能团的MXene,并不能获得纯净的MXene,这有可能导致MXene的性能发生改变。而且化学刻蚀剂的浓度和反应时间对实验结果具有决定性作用,如果反应时间太短或刻蚀剂腐蚀性太弱可能制备不出MXene,而刻蚀剂的腐蚀性太强可能会把MAX相完全溶解。例如,Naguib等利用无水氢氟酸处理Ti2Al C得到一种新的三元纳米晶体Ti2AlF9,而Ti2AlC在50%的HF溶液中浸泡2h后就被完全溶解所以,如何制备

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纯净的MXene仍是一个需要深入探究的问题。

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