毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.前言

层状材料一直由于自身的特殊性质而备受人们的喜爱。例如，二维晶体石墨烯，具有优异力学、电子、热学及磁学性能^[1-3]，从2004年英国曼侧斯特大学的两位科学家安德烈杰姆和克斯特亚诺沃消洛夫在实验室中成功从石墨中分离出了石墨烯，这种材料一直被科学界密切关注着，被视为当今纳米材料领域极有前途的材料^[4]，成为科学界炙手可热的研究热点。石墨烯是二维晶体家族中的一员，然而并不是这个大家族中的全部，一些具有其他性能的二维材料渐渐崭露头角，成为二维晶体科学研究的新宠。

最近二维家族又有了一位新成员MXene。2011年美国Drexel大学报道^[5]，利用氢氟酸成功化学剥离三元层状碳化物Ti₃AlC₂，制备出了Ti₃C₂T_x（T代表-F和-OH等官能团）。Ti₃AlC₂是一种典型的MAX相^[6]。MAX相为层状六方晶系，是集陶瓷和金属的优良特性于一身的三元层状材料，既像陶瓷一样，具有高弹性模量、低密度、良好的热稳定性和抗氧化性能；又像金属一样，具备优良的导热和导电性能，以及较低的硬度，可以像金属和石墨一样进行机械加工，并在高温下具有良好的塑性，及自润滑性能^[11,12,13]。其化学式为M_{n 1}AX_n，其中M为早期过渡族金属，A主要为第Ⅲ和Ⅳ主族元素，X为C或者N^[7,8]，n=1、2或3，空间群为P6₃/mmc。目前已知的MAX相有70 余种，Ti₃AlC₂为其中的代表化合物^[9,10]。 M层原子近紧密堆积，X层原子填充于M原子形成的八面体间隙中。A原子层通过类似插层的方式存在于M和X形成的交替片层中。结构如图1所示。M-X键主要为比较强的金属键以及部分化学键和离子键，而M-A键通常为比较弱的键。因此，在氢氟酸溶液的刻蚀作用下，A原子层被剥离，剩下的M原子层和X原子层形成二维层状结构晶体，为了强调它是从MAX母相中分离了A元素，并且具有与石墨烯类似的二维结构，所以统一命名为MXene。

如今MXenes家族包括Ti₃C₂，Ti₂C，Nb₂C，V₂C，(Ti_0.5Nb_0.5)₂C，(V_0.5Cr_0.5)₃C₂，Ti₃CN和Ta₄C3，Nb2C，V2C，Nb4C3。由于现在已知的MAX相已超过70多种，所以有更多形式的MXene相有待发现。

图1 MAX相和相应MXenes的结构

2.MXene的制备

MXene通式为M_{n 1}X_nT_x，在室温下MAX相经氢氟酸的刻蚀作用，剥离出A原子层，随后将混合物离心以从上层清液中分离出固体，随后用去离子水清洗固体，直到分散体系的PH值介于4-6之间。这样处理后，致密的MAX粒子转变成了类似于剥落的石墨一样松散排列的手风琴式结构，得到MXene。目前已经制备出的MXene有Ti₃C₂、Ti₂C、Ta₄C₃、TiNbC、( V_0.5 Cr_0.5)₃C₂、V₂C、Nb₂C、Nb₄C₃和Ti₃CN^[7,14,15]。

图2 氢氟酸溶液剥离Ti₃AlC₂示意图