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二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)是近幾十年發展起來的一類明星材料，通常是通過從MAX相中選擇性地去除A層來合成的。除了可調的組成和結構之外，MXenes還具有原子層厚度，甚至在選擇性刻蝕之后產生有序的空位，表現出可調的電性能、親水/疏水表面和優異的機械強度。目前MXenes主要是通過液相和熔鹽刻蝕方法合成，但由于生產時間過長，導致MXenes表面終端不可避免的發生變化，甚至MXenes發生氧化。因此，需要開發合適的策略來直接快速合成MXenes。

近日，北京航空航天大學楊樹斌和杜志國等提出了一種在高溫金屬氯化物(ZnCl₂)蒸氣中選擇性刻蝕MAX相(Ti₂AlC)快速制備MXenes (Ti₂CCl_x)的方法。在這種合成方法中，具有高化學活性的金屬氯化物蒸氣可以與MAX相的層間A層反應，導致反應體系中含氯化物的氣態A的快速脫除，時間僅為5分鐘；同時，MX片晶格中的M位原子可以被可控地刻蝕出來，形成金屬空位，這些金屬空位具有很強的還原能力，可以從ZnCl₂蒸氣中得到Zn單原子；最后通過高溫揮發得到了富空位的MXene。值得注意的是，腐蝕時間不到液相和熔鹽腐蝕方法的六十分之一。

此外，所制備的MXenes可以作為一個高效的單原子Pt載體(Ti₂CCl_x-Pt_SA)，其與Pt單原子形成的化合物在酸性條件下僅需41 mV的HER過電位就能產生10 mA cm^?2的電流密度；并且，其使經過5000個CV循環后，電流密度無明顯衰減，顯示優異的長期穩定性。理論計算表明，Ti₂CCl_x-Pt_SA表現出最佳的氫吸附自由能(0.016 eV)，有利于發生氫吸附-解吸過程；同時，Ti₂CCl_x-Pt_SA在費米能級附近具有更高的占據態，導致高電導率和良好的電催化活性。

此外，該項工作所提出的MXene快速生產方法可以提供許多可能性，通過利用選定的氣體和蒸汽，合成具有可調節的成分、豐富的表面化學和定制的電學性質的多樣化MXene，有利于它們隨后在電子學、電磁干擾屏蔽、微波吸收、能量存儲和轉換等方面的功能化。

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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?北航AEM: 超快合成富空位MXene，可作為單原子有效載體促進催化反應

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