Hydrolysis of 2D Transition-Metal Carbides (MXenes) in Colloidal Solutions

MXenes公司 化学 水溶液 锐钛矿 碳化钛 氧化物 胶体 水解 化学工程 碳化物 无机化学 催化作用 有机化学 光催化 工程类
作者
Shuohan Huang,Vadym N. Mochalin
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:58 (3): 1958-1966 被引量:445
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.8b02890
摘要

Although oxidation was deemed as the main factor responsible for the instability of MXenes in aqueous colloids, here we put forward and test a hypothesis about the central role of water as the primary factor. We show that water and related processes of MXene hydrolysis play the main role in the phenomena leading to complete transformations of 2D titanium carbide MXenes into titania in aqueous environments. To demonstrate the role of water, the stability of two MXenes, Ti3C2Tx and Ti2CTx, has been systematically studied in aqueous and nonaqueous colloids exposed to oxygen and inert gas atmospheres. The calculated time constant for degradation of Ti3C2Tx dispersed in anhydrous iso-propanol saturated with pure oxygen exceeds 5 years, in striking contrast to the same MXene dispersed in water, where more than a half of it would transform into titania even in an oxygen-less atmosphere over ∼41 days. A thinner Ti2CTx MXene showed similar behavior, albeit with shorter time constants in both solvents, correspondingly. UV–vis and Raman spectroscopy were used to analyze the oxidation kinetics and composition of fresh and aged MXenes. An intense anatase peak was observed in MXenes stored in aqueous solutions under Ar atmosphere, while no signs of oxidation could be found in iso-propanol solutions of the MXenes stored under O2 atmosphere over a similar period of time.
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