制造原子级层状金属的简单方法出现

扫描电子显微镜图像揭示了MXenes微小结构的美丽形状。图片来源：Di Wang/芝加哥大学

科技日报记者 张佳欣

一直以来，被称为“MXenes”（即二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物）的材料，属于劳动密集型产品。但美国芝加哥大学科学家们的一项新技术突破表明，现在可以更快、更容易地制造这些MXenes，并减少有毒副产品。相关研究发表在最新一期《科学》杂志上。

类似于层次分明的牛角包，这种有望用于新应用的新材料是由许多极薄的金属层组成的，科学家可在这些金属层之间滑动不同的离子以达到不同目的，对未来的高科技电子产品或能量存储大有用处。研究人员希望，这一发现将刺激新的创新，并为在日常电子产品和设备中使用MXenes铺平道路。

研究人员介绍，当把金或钛这样的金属刮成原子般的薄片时，它的行为就不再像金属了。但MXenes中异常强烈的化学键使它们能够保留金属的特殊能力，比如高导电性。MXenes也很容易定制，例如，可把离子放在层之间用来储存能量。所有这些优势都可能使MXenes在制造新设备方面非常有用，例如，存储电力或阻止电磁波干扰。

然而，目前已知制造MXenes的唯一方法涉及密集的化学工程步骤，包括在1650℃的温度下加热混合物，然后浸泡在氢氟酸溶液中。如果想将MXenes大量用于商业产品，腐蚀性废物处理将成为主要阻碍。

为了设计一种更有效、毒性更低的方法，该团队使用了化学原理。研究小组发现新的化学反应，能从简单而廉价的前体中制备MXenes，而不需要使用氢氟酸。它只有一个步骤：将几种化学物质与想要制造层状金属的任何一种金属混合，然后将混合物加热到927℃。

这种更简单、毒性更低的方法为创造和探索不同应用的新型MXenes开辟了新途径，例如不同的金属合金或不同的离子调味品。