Interlayer Incorporation of A-Elements into MXenes Via Selective Etching of A′ from Mn+1A′1–xA″xCn MAX Phases

MXenes公司 最大相位 材料科学 蚀刻(微加工) 氧化物 反应性(心理学) 金属 相(物质) 碳化物 各向同性腐蚀 纳米技术 图层(电子) 化学 复合材料 有机化学 冶金 替代医学 病理 医学
作者
Saman Bagheri,Alexey Lipatov,Nataliia S. Vorobeva,Alexander Sinitskii
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (19): 18747-18757 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c02198
摘要

MXenes are a large family of two-dimensional materials with a general formula Mn+1XnTz, where M is a transition metal, X = C and/or N, and Tz represents surface functional groups. MXenes are synthesized by etching A-elements from layered MAX phases with a composition of Mn+1AXn. As over 20 different chemical elements were shown to form A-layers in various MAX phases, we propose that they can provide an abundant source of very diverse MXene-based materials. The general strategy for A-modified MXenes relies on the synthesis of Mn+1A'1-xA″xXn MAX phase, in which the higher reactivity of the A'-element compared to that of A″ enables its selective etching, resulting in A″-modified Mn+1XnTz. In general, the A″-element could modify the interlayer spaces of MXene flakes in a form of metallic or oxide species, depending on its chemical identity and synthetic conditions. We demonstrate this strategy by synthesizing Sn-modified Ti3C2Tz MXene from the Ti3Al0.75Sn0.25C2 MAX phase, which was used as a model system. Although the incorporation of Sn in the A-layer of Ti3AlC2 decreases the MAX phase reactivity, we developed an etching procedure to completely remove Al and produce Sn-modified Ti3C2Tz MXene. The resulting MXene sheets were of very high quality and exhibited improved environmental stability, which we attribute to the effect of a uniform Sn modification. Finally, we demonstrate a peculiar electrostatic expansion of Sn-modified Ti3C2Tz accordions, which may find interesting applications in MXene-based nano-electromechanical systems. Overall, these results demonstrate that in addition to different combinations of M and X elements in MAX phases, an A-layer also provides opportunities for the synthesis of MXene-based materials.
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