用一把特制工具，不需要拆解整個魔方，就能巧妙地抽取、替換其中的方塊組件?在微觀材料領域，類似的工具已然成真。

(資料圖片)

3月19日，記者從中科院寧波材料所獲悉，該院黃慶研究員團隊聯(lián)合美國德雷塞爾大學和瑞典林雪平大學科研人員，提出一種利用路易斯酸熔鹽和還原性金屬作為“化學剪刀”的插層策略，創(chuàng)制出了更多常規(guī)合成路徑無法實現(xiàn)的新型MAX相和MXene材料。相關論文發(fā)表于國際期刊《科學》。

“化學剪刀”輔助的層狀過渡金屬碳化物的結構編輯策略示意圖。

MAX相是指一類具有六方晶體結構的納米層狀化合物，由元素周期表上的M、A、X三類元素構成，因此被統(tǒng)稱為“MAX相”。其晶體結構由過渡金屬碳氮化物層(MX層)和A位原子層交替堆疊而成，從而兼具金屬材料和陶瓷材料的特性，在高鐵電弓、高溫加熱元件、渦輪機葉片、耐磨涂層等應用領域有極大的應用前景。

據介紹，MAX相材料在抽掉A元素之后會衍生為一種新型二維碳氮化物材料MXene。 MXene具有與石墨烯相似的原子排列方式，而且晶格組分和表面端基豐富可調，在光電器件、電化學儲能、電磁屏蔽、表面催化、分離膜等領域極具應用潛力。

元素周期表匯總了組成MAX相和MXene的元素種類。淺藍色為M位元素，土褐色為A位元素，黑色為X元素，綠色為端基元素，圈出元素為文章中已開展實驗驗證的元素。

已有研究證明，MAX相材料存在A位原子晶格位精確置換行為?？蒲腥藛T介紹，精確調控MAX相和MXene材料二維層間的組分和結構，是制約其實現(xiàn)特定功能應用的重大挑戰(zhàn)。

“打個比方，通過調控組分、結構來實現(xiàn)特點功能，就像把三明治中間的一層換掉，口味和營養(yǎng)價值就不同了?！?科研人員介紹，但考慮到MAX相的晶體結構，操作難度類似于將魔方表面中間位置的方塊單獨取出、替換，再縫合好，實現(xiàn)對材料性能的調控。?

科研人員介紹，路易斯酸熔鹽和金屬這兩瓣刀片各有妙用，分別具備氧化性和還原性，打開MAX相或MXene的層間，相當于轉動魔方的中間方塊，然后引入不同的客體插層物質，即金屬原子和陰離子等來進行層間插層，相當于將特定魔方方塊放入中間方塊。

聯(lián)合團隊利用這一“化學剪刀”策略輔助的結構編輯方法，極大豐富了目標物質的元素組成和微觀結構，最終得到一系列A位元素含有傳統(tǒng)元素(鋁、稼、銦和錫)和非傳統(tǒng)元素(鉍、銻、鐵、鈷、鎳等)的MAX相材料。

黃慶介紹，非傳統(tǒng)A位元素的引入，如磁性元素和貴金屬等，有望將MAX材料的合成研究從高溫結構領域拓展到磁性、光電、催化、超導等功能應用領域。

(中科院寧波材料所供圖)

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