科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
一種熱門的二維材料家族迎來(lái)了“大擴(kuò)容”。包括美國(guó)普渡大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們將MXene材料家族的成員數(shù)量翻了一番，甚至在其中一種材料里引入了創(chuàng)紀(jì)錄的9種金屬。這一突破不僅擴(kuò)展了材料組合的可能性，也為未來(lái)開發(fā)新型能源和電子器件提供了契機(jī)。
與標(biāo)志性的二維材料石墨烯（由單層碳原子構(gòu)成）不同，MXene含有多層金屬與碳或氮原子。2011年，人們合成的第一個(gè)MXene是二維的碳化鈦薄片，其結(jié)構(gòu)是兩層鈦原子夾著一層碳原子，宛如一個(gè)三明治。不過，人們并不能像做三明治一樣隨意決定哪些金屬進(jìn)入哪一層。原子大小和電子特性不同，金屬往往各有“偏好”。
普渡大學(xué)團(tuán)隊(duì)也曾合成出含4種金屬的MXene，但始終無(wú)法確認(rèn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的金屬分布。此次，團(tuán)隊(duì)利用離子質(zhì)譜逐層剝離MXene原子，首次清晰地描繪了不同金屬在層間的位置。結(jié)果顯示，當(dāng)MXene含有4—6種金屬時(shí)，仍遵循“各歸其位”的分布規(guī)律。然而，當(dāng)金屬種類達(dá)到7種及以上時(shí)，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)：各種金屬不再分層，而是均勻混雜在一起，連此前難以引入的鎢也能穩(wěn)定存在。而鎢進(jìn)入二維材料后，可能被用作制氫燃料的催化劑。
這一成果意味著未來(lái)可在更寬廣的“元素調(diào)色盤”中自由組合，從而獲得性能多樣化的材料，為能源存儲(chǔ)、電子器件、催化以及電磁屏蔽等領(lǐng)域帶來(lái)全新可能。
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