NaF-MILD绿色MXene合成:无毒低成本钛碳化钛 ypxx.net

9月,一种改进的MILD合成方法受到关注。研究团队用无毒且廉价的NaF替代传统LiF,用于Ti₃C₂Tₓ(MXene)的刻蚀合成。所得样品的片尺寸和表面化学性质与LiF-MILD方法相当,而Ti₃C₂Tₓ薄膜的电导率甚至超过了传统方法。

MXene是一类二维过渡金属碳化物/氮化物材料,其中最典型的是Ti₃C₂Tₓ。它由三个原子层构成——两层钛夹一层碳,表面带有-O、-OH、-F等官能团(即Tₓ)。MXene具有优异的金属导电性和丰富的表面化学,在储能、电磁屏蔽、传感器、柔性电子等领域有广泛应用前景。MXene的制备是从块体Ti₃AlC₂(MAX相)中选择性刻蚀掉铝层,使Ti₃C₂层片剥离。

传统MILD方法使用LiF(氟化锂)和盐酸混合刻蚀MAX相中的铝层。LiF价格较高,且锂离子嵌入MXene层间会影响表面化学。研究团队用NaF替代LiF——NaF更便宜、无毒,而且钠离子比锂离子更大,在刻蚀过程中不会过度嵌入MXene层间。实验结果显示,NaF-MILD制备的Ti₃C₂Tₓ片尺寸和表面官能团与LiF-MILD样品相当,但薄膜电导率更高——这可能与表面化学差异有关,钠离子刻蚀产生的表面官能团配比更有利于载流子传输。

低成本绿色合成对MXene的产业化至关重要。MXene在实验室中表现优异,但传统LiF-HCl刻蚀方法使用昂贵锂盐,且产生含氟废液,环保处理成本高。NaF替代LiF直接降低了原料成本,同时工艺条件基本不变,不需要重新开发产线。更高的电导率意味着MXene薄膜在电磁屏蔽、透明导电膜、柔性电极等应用中性能更优。这种"换一种刻蚀盐"的改进,虽然原理简单,但对MXene从实验室走向大规模应用有实际价值。