【浙江日報】中科院寧波材料所團隊創(chuàng)新材料制備法 魔方“轉(zhuǎn)”出新材料
本報訊 （見習(xí)記者 涂佳煜 記者 謝履冰） 既像金屬一樣導(dǎo)電、導(dǎo)熱，柔韌易加工，又像陶瓷一般抗氧化，耐高溫、輻射和腐蝕……性能優(yōu)異的MAX相材料是近年合成材料學(xué)的熱門，在高鐵電弓、高溫加熱元件、耐磨涂層等領(lǐng)域均表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。不過，這類材料的制備是公認的難題：在組成該材料的M、A、X三類元素中，部分元素難以通過常規(guī)方式結(jié)合到一起，新材料的合成因此受到了限制。
中科院寧波材料所研究員黃慶團隊提出了一種新方法，用一種“扭轉(zhuǎn)魔方”的方式創(chuàng)制出常規(guī)路徑無法合成的新型MAX相材料，或抽去“MAX”中的A位元素形成MXene材料。這種制備方法有望為此類材料注入更多新性能，拓寬它們的應(yīng)用場景。研究成果于北京時間3月17日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
黃慶告訴記者，目前MAX相材料主要應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)，如果能將MAX材料中的A位元素替換為磁性元素、貴金屬或其他具有特殊功能的非傳統(tǒng)元素，就有望將材料的應(yīng)用拓展到磁性、光電、催化、超導(dǎo)等更多領(lǐng)域。
“MAX相材料好比一座三維積木，用一般的方法抽掉積木中的一塊，會破壞整個化學(xué)結(jié)構(gòu)。”黃慶說，“理想的方式是在保持框架完好的前提下，將中間的A位元素‘方塊’單獨取出，再組裝進我們想要的物質(zhì)?！?/font>
早在2019年，黃慶團隊就提出一種綠色制備技術(shù)，用一把具有氧化性的“化學(xué)剪刀”，即路易斯酸熔鹽，刻蝕掉層間需要調(diào)控的元素。現(xiàn)在，他們又用還原性金屬做出了另一把“剪刀”輔助編輯，將沒有A元素的二維MXene材料重新組裝成新的三維MAX相材料。根據(jù)氧化還原電位選擇“化學(xué)剪刀”，就能精準(zhǔn)把控裁剪的過程，避免破壞結(jié)構(gòu)中的其他部分。
制備新材料的方式與“轉(zhuǎn)魔方”頗為類似：微微扭轉(zhuǎn)三層魔方的中間層，無需破壞原有結(jié)構(gòu)，就能“剪”掉A位元素。隨后，將代表新元素的魔方塊扭轉(zhuǎn)、還原到原來的位置，就實現(xiàn)了兩種元素間的“同晶置換”。
采用該方法，黃慶團隊還得到了一系列新型MXene材料，有望促進MXene材料在催化、儲能、電磁屏蔽等領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。
“魔方上元素的不斷變換組合給了材料研究無窮的想象力?！秉S慶說，“如果轉(zhuǎn)掉M元素、X元素，會發(fā)生什么？我們希望有更多研究者來‘轉(zhuǎn)動魔法’，共同探索這種制備方法的潛力。”
?。ㄔ陌l(fā)布于2023年3月18日《浙江日報》第3版）
【原文鏈接】http://zjrb.zjol.com.cn/html/2023-03/18/content_3634466.htm?div=-1