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目前MXene蚀刻方法大多以水为主要溶剂，限制了MXenes在水敏应用中的直接使用。在这项工作中，研究者证明了在无水的情况下，在二氟化氢铵存在的情况下，使用有机极性溶剂来蚀刻和脱层MXenes是可能的。当NH4HF2溶解在本文使用的极性溶剂中时会分解为NH4F和HF。使用这种蚀刻方法，有可能获得富含氟端的Ti3C2Tz薄片。与以水为蚀刻介质的富O端基相比，它具有明显不同的光学，电子和催化性能。

研究背景

自Naguib等人于2011年发现2D碳化钛（Ti3C2Tz）MXene以来，迄今已发现近30种新的MXene。由于其化学多样性，亲水性，2D形态和金属导电性，MXenes在各种应用中显示出了希望，例如储能，用于析氢反应的催化剂，气体感应，水脱盐，聚合物复合材料的增强剂，电磁干扰（EMI）屏蔽等. MXene的通式为Mn+1XnTz，之所以被称为是因为它们是通过从母体MAX（Mn+1AXn）相中刻蚀A原子层而得到的，其中M代表早期过渡金属， A是13或14族元素，和X代表C，N，或B。T上的连接z化学式中的“-”代表各种–O，–OH和–F表面端子，它们在蚀刻时会取代Al层。MXene是Ti3C2Tz通过在浓氢氟酸（HF）中蚀刻Ti3AlC2粉末获得。通常，用HF蚀刻的多层（ML）MXene不能分层而在水中形成稳定的高浓度胶体。为了分散这些ML，通常必须将它们插入有机分子中，例如二甲基亚砜（DMSO），氢氧化四甲基铵（TMAOH），氢氧化四丁基铵（TBAOH）等. 迄今为止已知的大多数接近环境温度的合成方法都使用水作为主要溶剂。但是，在某些应用中，将水作为溶剂使用时，在引入MXene时会出现问题。例如，某些聚合反应因水的存在而受阻，从而使用MXene增强的原位聚合纳米复合材料的合成变得困难。在使用有机电解质的锂或钠离子电池中即使有微量的水也会对其性能产生负面影响，从而在电池组装之前必须对MXene阳极进行真空退火。在本文中，通过使用含有二氢铵氟化物的各种有机溶剂刻蚀Ti3AlC2。结果表明，当作为Na离子电池（SIB）的电极进行测试时，与在水中蚀刻的相同MXene相比，在碳酸亚丙酯（PC）中合成的MXene表现出几乎两倍的电化学容量。

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Figure 1. Schematic of Etching and Washing Steps

Figure 2. XRD Patterns of Ti₃C₂T_z, Synthesized in Organic Solvents

Figure 3. PC-Ti3C2Tz Sample

Figure 5. Electrochemical Performance of PC-MX Anodes in Na-Ion Cells

总结与展望

本文表明可以在许多含NH4HF2的极性有机溶剂中刻蚀Ti3AlC2。该方法是基于以下假设而开发的：当NH4HF2溶解在本文使用的极性溶剂中时会分解为NH4F和HF，溶解的HF最有可能发挥与水混合物相同的作用。使用HF /水作为蚀刻剂，已将其他几个MAX相转换为各自的MXene。根据这项工作的结果，可以合理地假设，使用本文所述的方法也最有可能蚀刻那些其他MAX相，从而进一步扩展了MXene应用的范围。如果需要的话，该方法允许整个合成在手套箱中进行，这在以前是不可能的，因为水主要用作溶剂。与水蚀刻时，MXene获得的富含O的末端相比，它具有明显不同的光学，电子和催化性能。最后，使用低沸点溶剂（如乙腈）进行蚀刻可使其易于回收和纯化，以备再用，这在考虑工业规模的MXene合成时可能是一个重要因素。

文献链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420300437?via%3Dihub

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