表面和界面化学对于控制二维过渡金属碳化物和氮化物（MXene）的性能至关重要。人们致力于用小无机配体对 MXene 进行功能化；然而，关于有机基团直接键合到 MXene 表面的蚀刻方法很少有报道。在这项工作中，我们展示了一种在有机路易斯酸（三氟甲磺酸）溶剂中直接合成具有有机端基的 2D Ti3C2TxMXene 纳米片的高效快速策略，无需引入额外的插层。铝的溶解和随后原位引入的三氟甲磺酸导致TisC,TxMXene(T= CFSO:)(表示为CF3SO:H-TisCzTx)薄片的提取，其尺寸达到15 um，并且单层或多层的产率很高(超过70%)。几层。更重要的是，大型 CF3SO:H-TisCzTx MXene 纳米片具有高胶体稳定性，使其有望成为析氢反应的有效电催化剂。

 
图1. (a) 合成路线示意图：使用三氟甲磺酸混合物从 MAX 相 Ti3AlC2 合成 Ti3C2Tx 纳米片，然后在 Ar 气氛下进行超声处理。 (b) 原始 Ti3AlC2 与 HF 反应前（黑线）和反应后（橙线）以及单层或多层 CF3SO3H-Ti3C2Tx（绿线）的 XRD 图。插图显示了 CF3SO3H-Ti3C2TxMXene 纳米片水分散体 (∼5.0 mg/mL) 相应的廷德尔效应的照片。 (c) 通过 CF3SO3H 蚀刻路线生产的 MXene 纸的光学照片。(d) CF3SO3H-Ti3C2Tx 的 TEM 和 (e) HR-TEM 图像，其中 (e) 中的插图显示相应的选区电子衍射 (SAED) 图案。 (f) CF3SO3H-Ti3C2Tx 的 AFM 图像，其中插图显示基于 AFM 的线扫描结果。 (g) 单层或多层CF3SO3H-MXenes横向尺寸的统计分析。

 
图2. (a-c) 原始 Ti3AlC2 和所得 CF3SO3H-Ti3C2Tx 的高分辨率 XPS 光谱，分别具有 (a) Ti 2p、(b) C 1s 和 (c) O 1s 光谱。 (d) 高分辨率HAADF-STEM图像和(e) EELS原子柱映射，表明CF3SO3H-Ti3C2Tx的层状结构。(f) CF3SO3H-Ti3C2Tx和HF-Ti3C2Tx分散体在初始状态以及15天和30天后的照片。( g）CF3SO3H-Ti3C2TX的Zeta电位。（h）由溶液储存不同时间后合成的MXene薄膜的拉曼光谱。
 
  
图3. (a−e) 原始 Ti3AlC2 和蚀刻 Ti3AlC2 的最低能量原子构型及其相应的 ELF 图，其中 CF3SO3H 的含量不断增加。 (f-i) 具有不同CF3SO3−位点的Al原子的吸附能。 (j) CF3SO3H-Ti3C2Tx的能带结构和态密度(DOS)。
 
 
图4. (a) CF3SO3H-Ti3C2Tx、HF-Ti3C2Tx 和 LiF/HCI-Ti3C2Tx 催化剂在 0.5 M H2SO4 中记录的 HER 极化曲线。 (b) 对应于(a) 部分的塔菲尔图。 (c) CF3SO3H-Ti3C2Tx、HF-Ti3C2Tx 和原位 HF-Ti3C2Tx 催化剂的 EIS 谱。 （d）在-0.20 V恒定过电势下通过计时电流法（CA）测试CF3SO3H-Ti3C2TxMXene的耐久性测试。插图：CF3SO3H-Ti3C2Tx在24小时循环之前和之后的LSV曲线。
 
      相关科研成果由上海大学Xingli Zou等人于2024年发表在Angewandte Chemie（https://doi.org/10.1002/anie.202405315）上。原文：One-step Synthesis of Organic Terminal 2D Ti3C2T x MXene Nanosheets by Etching of Ti3AlC2 in an Organic Lewis Acid Solvent
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202405315

转自《石墨烯研究》公众号