二维材料MXene家族成员数量翻番，为下一代能源与电子器件开发提供契机

科技日报记者 张佳欣

一种热门的二维材料家族迎来了“大扩容”。包括美国普渡大学、德雷塞尔大学在内的研究团队在最新一期《科学》杂志上发表论文称，他们将MXene材料家族的成员数量翻了一番，甚至在其中一种材料里引入了创纪录的9种金属。这一突破不仅扩展了材料组合的可能性，也为未来开发新型能源和电子器件提供了契机。

与标志性的二维材料石墨烯（由单层碳原子构成）不同，MXene含有多层金属与碳或氮原子。2011年，人们合成的第一个MXene是二维的碳化钛薄片，其结构是两层钛原子夹着一层碳原子，宛如一个三明治。不过，人们并不能像做三明治一样随意决定哪些金属进入哪一层。原子大小和电子特性不同，金属往往各有“偏好”。

普渡大学团队也曾合成出含4种金属的MXene，但始终无法确认复杂结构中的金属分布。此次，团队利用离子质谱逐层剥离MXene原子，首次清晰地描绘了不同金属在层间的位置。结果显示，当MXene含有4—6种金属时，仍遵循“各归其位”的分布规律。然而，当金属种类达到7种及以上时，情况发生逆转：各种金属不再分层，而是均匀混杂在一起，连此前难以引入的钨也能稳定存在。而钨进入二维材料后，可能被用作制氢燃料的催化剂。

这一成果意味着未来可在更宽广的“元素调色盘”中自由组合，从而获得性能多样化的材料，为能源存储、电子器件、催化以及电磁屏蔽等领域带来全新可能。