給我一張元素周期表，還您一個MAX/MXene新世界(之二)

MAX相材料是由三種元素組成的天然層狀碳氮化物無機非金屬類材料, 具有金屬的導電和導熱性質, 也具備結構陶瓷的高強度、耐高溫、耐腐蝕等苛刻環境服役能力。MAX相材料在高溫潤滑、耐氧化塗層、事故容錯核材料、自修復複合材料和能源材料等領域獲得了廣泛的關注, 國內外材料學家都在積極開展大量的探索研究。我國在MAX相結構材料和MXene能源材料領域均取得了顯著的成績, 隨著合成技術的發展和多學科交叉的深入探索, 目前已經有越來越多的國內材料研究團隊投身此類新穎材料的研究。

1．ReX2 (X=S, Se)：光電領域新生長點

過渡金屬Re基硫屬化合物作為各向異性材料的典型代表, 具有可調的可見光波段吸收帶隙, 極弱的層間耦合作用力, 以及各向異性的光學、電學性能, 現已成為電子和光電子領域的研究熱點之一。但該迅速發展的領域目前尚缺少系統梳理。華中科技大學翟天佑教授介紹了ReX2 (X=S, Se)的晶體結構和基本性質, 總結目前該材料體系主流的合成方法, 研究其各向異性物理特性及優化的手段和條件, 並對ReX2的製備和發展進行了展望。

DOI:10.15541/jim20180171

引用本文：WANG Ren-Yan, GANLin, ZHAI Tian-You. ReX2 (X=S, Se): A New Opportunity for Development of Two-dimensional Anisotropic Materials[J]. Journal of Inorganic Materials, 2019,34(1): 1-16.

2．MOFs：放射性核素的吸塵器？

近年來, 高化學穩定性、具有大量功能基團而且結構可調的多孔金屬有機骨架材料(MOFs)在放射性汙染治理方面受到國內外同行的高度關注。但其在那些方面具有優勢、大量吸附放射性物質尚需在那些方面突破？華北電力大學王祥科教授對MOFs及MOFs複合材料在放射性核素吸附去除方面的研究進展作了系統地介紹。他通過宏觀吸附、模型分析、先進光譜表徵和理論計算四個方面描述放射性核素與MOFs材料的界面作用機理, 並對MOFs材料的吸附性能與其它材料進行對比, 評價了MOFs材料在放射性汙染治理中的應用前景。

DOI:10.15541/jim20180211

引用本文：WANG Xiang-Xue, YUShu-Jun, WANG Xiang-Ke. Removal of Radionuclides by Metal-organic Framework-based Materials [J]. Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(1):17-26.

3. 銅納米線：可穿可戴可導電

銅納米線透明電極導電性好、成本低、柔性好, 是一種有潛力的新一代透明導電材料。近年來, 銅納米線的合成及其在透明導電領域的應用引起了研究人員的關注。但該領域取得了哪些進展、在可穿戴方面有何優勢、如何應用？中國科學院上海矽酸鹽研究所孫靜研究員從銅納米線的合成方法、合成機理, 銅納米線透明電極的製備方法及後處理手段, 銅納米線透明電極在光伏器件、電加熱元件、柔性可穿戴器件中的應用等方面的研究進展進行了闡述, 並對銅納米線研究及應用前景進行了展望。

DOI:10.15541/jim20180243

引用本文：WANG Xiao, WANGRan-Ran, SHI Liang-Jing, SUN Jing. Synthesis, Optimization of Cu Nanowires and Applicationof Its Transparent Electrodes[J]. Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(1):49-59.

4. 二維碳化鉬MXene：能導電的微型手風琴

MXene是一類性能優異的材料，其應用將改變人們未來的生活。然而，如何方便地製備出所需的MXene，滿足所需的性能，還是一個重大課題。中科院寧波材料技術與工程所黃慶研究員以Mo、Y、Al和C元素粉為原料, 用放電等離子燒結技術(SPS)合成了新穎的(Mo2/3Y1/3)2AlC MAX相, 並用較溫和的化學刻蝕方法剝離得到相應手風琴狀形貌的MXene。同時利用第一性原理密度泛函理論計算方法研究了新穎(Mo2/3Y1/3)2AlC MAX相以及對應的Mo1.33CT2 MXene的電子結構和性能, 他們發現兩者均呈現出金屬特性, 有望應用於儲能、生物傳感和電催化等方面。

DOI:10.15541/jim20180441

引用本文：LIU Guo-Quan,JIANG Xiao-Juan, ZHOU Jie, LI You-Bing, BAI Xiao-Jing, CHEN Ke, HUANG Qing, DUShi-Yu. Synthesis and Theoretical Study of Conductive Mo1.33CT2 MXene[J].Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(7): 775-780.

5. 鹼化碳化鈦：放射性廢水快速處理

MXene家族成員豐富多彩，性能各異，一些疑難問題的解決可能借其輕鬆解決。Eu(III)就是環境汙染的一大威脅，急需找到快速去除的方法。中科院高能物理所石偉群研究員對無機二維過渡金屬碳化物(MXene)進行鹼化處理, 成功製備了鹼化碳化鈦(Na-Ti3C2Tx), 用於對Eu(III)的快速去除。鑑於Na-Ti3C2Tx具有較低的合成成本與優異的吸附性能, 該材料有望應用於放射性廢水中三價次錒系核素與鑭系核素的快速高效清除。

DOI:10.15541/jim20190073

引用本文：SONG Huan, WANG Lin,WANG Hong-Qing, SHI Wei-Qun. Adsorption of Eu(III) on Alkalized Ti3C2Tx MXeneStudied by Batch Experiment and Its Mechanism Investigation[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 65-72.

6. 等通道轉角擠壓：又擠又壓夠緻密

製備緻密材料的各種傳統的壓縮處理，均對壓縮過程中的結構有序調控幾乎無能為力，所獲緻密材料的結構難以滿足應用要求。東南大學孫正明教授採用等通道轉角擠壓(ECAP)並結合熱處理製備了Ag/Ti3AlC2複合材料。採用ECAP方法可以在緻密化Ag/MAX複合材料的同時調控其顯微組織, 而結合熱處理還可進一步調控界面反應並優化材料性能。

DOI:10.15541/jim20190242

引用本文：WANG Dan-Dan, TIANWu-Bian, DING Jian-Xiang, MA Ai-Bin, ZHANG Pei-Gen, HE Wei, SUN Zheng-Ming.Ag/Ti3AlC2 Composites Prepared by Equal Channel Angular Pressing Followed by Heat Treatment[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 46-52.

7. 相圖：材料設計的索驥圖？

塗層材料的結構穩定性和功能穩定性的實現，須參考其亞穩相圖。隨著計算方法的快速發展，亞穩相圖的研究方法正迅速翻新，新成果不斷湧現，需要細緻地加以總結與分析。中科院寧波材料技術與工程所常可可研究員綜述了模擬塗層材料亞穩相圖的研究歷程, 重點介紹了近期建立的臨界表面擴散亞穩相圖模型, 即通過耦合CALPHAD、第一性原理計算和高通量磁控濺射鍍膜實驗的方法，對塗層材料的亞穩相進行表面擴散模擬, 相關計算僅需一個高通量鍍膜實驗取得基礎數據, 即可獲得亞穩相圖也得到了實驗驗證。

DOI:10.15541/jim20190272

引用本文：HUANG Ye-Yan, XU Kai,WU Bo, LI Peng, CHANG Ke-Ke, HUANG Feng, HUANG Qing. Review on Metastable Phase Diagrams: Application Roles in Specialty Ceramic Coatings[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 19-28.

8. Ti3C2Tx型MXene：比石墨烯還強的儲能材料

MXene 具有優良的物理化學性能，在構築低成本、高性能、多功能超級電容器方面前景廣闊，但在實際應用中，雙電層材料的能量密度還有待進一步提高。華中科技大學高義華教授通過LiF和HCl刻蝕Ti3AlC2的Al層, 改變機械剝離強度和方式, 以及離心速率和時間, 可控制備出平均橫向尺寸為625 和2562nm的單層Ti3C2Tx型MXene。小片層Ti3C2Tx(625 nm)的質量比電容高達561.9 F/g, 遠高於文獻報導的石墨烯、碳納米管和二氧化錳等電極材料; Ti3C2Tx電極在循環測試10 4次後, 比電容仍保持初始96%的容量。

DOI:10.15541/jim20190088

引用本文：MA Ya-Nan, LIUYu-Fei, YU Chen-Xu, ZHANG Chuan-Kun, LUO Shi-Jun, GAO Yi-Hua. Monolayer Ti3C2Tx Nanosheets with Different Lateral Dimension: Preparation and Electrochemical Property[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 93-98.

9. 木材和碳化鈦複合：創造出新型超級電容器

碳化鈦作為一種新興的MXenes，在電化學如鋰電池, 超級電容器等領域展現出極好的應用前景。但目前的碳化鈦電極往往活性物質負載量較低,，面容量不佳，因而限制了其大規模生產、應用。上海交通大學顧佳俊團隊受自然界中椴木結構的啟發, 利用其多孔道、孔道彎曲度低、導電性好、低價環保等特點, 將碳化鈦與椴木活性炭複合, 獲得了一種面電容高而穩定的超級電容器, 能在2 mV/s的掃速下達到1983mF/cm2的面容量, 同時活性材料負載量可以達到17.9mg/cm2 。該研究為後續利用自然界構型材料與功能材料的複合提供了借鑑。

DOI:10.15541/jim20190267

引用本文：LI Teng-Fei, HUANGLu-Jun, YAN Xu-Dong, LIU Qing-Lei, GU Jia-Jun. Ti3C2Tx/Wood Carbon as High-areal-capacity Electrodes for Supercapacitors [J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 126-130.

10. 雙A層MAX相：內部有料、性能不凡

Mo2Ga2C 是Mn+1AXn型雙A層MAX相材料，在高溫結構材料、高溫潤滑材料、核材料等領域有重要的應用前景。但其因難於製備成高純塊體，而無法驗證其理論預測的優良延展性、韌性和機械加工性等。河南理工大學周愛國教授採用真空熱壓燒結的方法, 研究了Mo2Ga2C粉體的燒結性能, 製備了緻密的Mo2Ga2C塊體材料。該研究所探索的緻密Mo2Ga2C塊體材料製備方法, 為該類新型材料的性能表徵與應用奠定了基礎。

DOI:10.15541/jim20190296

引用本文：JIN Sen, WANGZuo-Tong, DU Ya-Qiong, HU Qian-Ku, YU Jian-Gong, ZHOU Ai-Guo. Hot-pressing Sintering of Double-A-layer MAX Phase Mo2Ga2C [J].Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 41-45.

論文精選連結：

http://www.jim.org.cn/CN/subject/listSubjectChapters.do?subjectId=1576472956096