MXene生产走向绿色：电力取代有毒酸

纳米材料MXene用于电池技术或作为高性能润滑剂。到目前为止，它的生产是困难和有毒的。维也纳理工大学开发了新的创建方法

这是材料科学中最重要的趋势之一：仅由单层原子组成的材料，即所谓的“二维材料”，通常表现出与由相同原子组成的较厚层完全不同的性质。这一研究领域始于诺贝尔奖获得者石墨烯材料

现在，TU Wien（维也纳）与CEST和AC2T公司正在对主要由钛和碳组成的MXenes（发音为Maxenes）材料类别进行研究

这些MXenes具有听起来几乎不可思议的特性：它们可用于电磁屏蔽、储能或新型传感器。在维也纳理工大学，人们发现它们也非常适合作为固体润滑剂，即使在最恶劣的条件下，例如在空间技术中

到目前为止，唯一的问题是生产这些MXenes被认为是极其危险和有毒的。但现在已经开发出一种新方法：用电代替有毒的酸。新的合成方法现已发表在Small杂志上

不再使用有毒氢氟酸

“要生产MXenes，首先需要所谓的MAX相。这些材料可以由铝、钛和碳层组成，”维也纳工业大学工程设计与产品开发研究所摩擦学研究部门的Pierluigi Bilotto解释道

“到目前为止，氢氟酸被用来蚀刻MAX中的铝，从而形成一个原子薄层系统，可以以很小的阻力相互滑动。这使得这些MXenes成为一种很好的润滑剂。”

但处理氢氟酸并非易事。它对环境有毒有害，对如何处理这种化学物质有严格的规定。你需要特殊的、昂贵的实验室设备，而且你会得到必须以昂贵的方式处理的废品

“这就是为什么MXenes尚未在工业上取得重大突破的原因，”Bilotto说。“很难在工业规模上建立这样一个过程，可以理解的是，许多公司都不愿采取这一步骤。”因此，Bilotto开始寻找更好的方法——与维也纳工业大学的Carsten Gachot教授和Markus Valtiner教授、维也纳新城CEST的Markus Ostermann博士、AC2T的Marko Pjlievic等人一起

电化学

“电化学提供了一种打破MAX相中铝键的替代途径，”Bilotto说。“当施加电压时，MAX相会经历电流，从而在其界面上引发反应。通过精确选择电压，我们能够以只去除铝原子的方式调节反应，留下电化学MXenes（EC MXenes）的产物。”

研究小组发现，一种非常特殊的电化学技术可用于改善电化学蚀刻和EC MXene的整体质量：剂量充足的电流脉冲。虽然使用其他方法时表面的反应性通常会迅速下降，但短电流脉冲会导致MAX相材料上形成小氢气泡，从而清洁和活化表面。这使得电化学反应能够持续更长的时间，并产生大量的EC-MXenes

然后使用原子力显微镜、扫描和透射电子显微镜、拉曼和X射线光电子能谱以及低能离子散射等先进技术对获得的产品进行分析。其性能至少与之前使用氢氟酸生产的MXenes一样好

“我的目标是使MXene的合成变得极其简单。它应该可以在任何厨房中实现，”Bilotto说。“我们非常接近这一点。”