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“OD体育”给我一张元素周期表,还您一个MAX/MXene新世界(之二)
2021-09-21 05:07
本文摘要:MAX相质料是由三种元素组成的天然层状碳氮化物无机非金属类质料, 具有金属的导电和导热性质, 也具备结构陶瓷的高强度、耐高温、耐腐蚀等苛刻情况服役能力。MAX相质料在高温润滑、耐氧化涂层、事故容错核质料、自修复复合质料和能源质料等领域获得了广泛的关注, 海内外质料学家都在努力开展大量的探索研究。我国在MAX相结构质料和MXene能源质料领域均取得了显著的结果, 随着合成技术的生长和多学科交织的深入探索, 现在已经有越来越多的海内质料研究团队投身此类新颖质料的研究。

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MAX相质料是由三种元素组成的天然层状碳氮化物无机非金属类质料, 具有金属的导电和导热性质, 也具备结构陶瓷的高强度、耐高温、耐腐蚀等苛刻情况服役能力。MAX相质料在高温润滑、耐氧化涂层、事故容错核质料、自修复复合质料和能源质料等领域获得了广泛的关注, 海内外质料学家都在努力开展大量的探索研究。我国在MAX相结构质料和MXene能源质料领域均取得了显著的结果, 随着合成技术的生长和多学科交织的深入探索, 现在已经有越来越多的海内质料研究团队投身此类新颖质料的研究。

1.ReX2 (X=S, Se):光电领域新生长点过渡金属Re基硫属化合物作为各向异性质料的典型代表, 具有可调的可见光波段吸收带隙, 极弱的层间耦互助用力, 以及各向异性的光学、电学性能, 现已成为电子和光电子领域的研究热点之一。但该迅速生长的领域现在尚缺少系统梳理。华中科技大学翟天佑教授先容了ReX2 (X=S, Se)的晶体结构和基天性质, 总结现在该质料体系主流的合成方法, 研究其各向异性物理特性及优化的手段和条件, 并对ReX2的制备和生长举行了展望。

DOI:10.15541/jim20180171引用本文:WANG Ren-Yan, GANLin, ZHAI Tian-You. ReX2 (X=S, Se): A New Opportunity for Development of Two-dimensional Anisotropic Materials[J]. Journal of Inorganic Materials, 2019,34(1): 1-16. 2.MOFs:放射性核素的吸尘器?近年来, 高化学稳定性、具有大量功效基团而且结构可调的多孔金属有机骨架质料(MOFs)在放射性污染治理方面受到海内外同行的高度关注。但其在那些方面具有优势、大量吸附放射性物质尚需在那些方面突破?华北电力大学王祥科教授对MOFs及MOFs复合质料在放射性核素吸附去除方面的研究希望作了系统地先容。他通过宏观吸附、模型分析、先进光谱表征和理论盘算四个方面形貌放射性核素与MOFs质料的界面作用机理, 并对MOFs质料的吸附性能与其它质料举行对比, 评价了MOFs质料在放射性污染治理中的应用前景。

DOI:10.15541/jim20180211引用本文:WANG Xiang-Xue, YUShu-Jun, WANG Xiang-Ke. Removal of Radionuclides by Metal-organic Framework-based Materials [J]. Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(1):17-26. 3. 铜纳米线:可穿可戴可导电铜纳米线透明电极导电性好、成本低、柔性好, 是一种有潜力的新一代透明导电质料。近年来, 铜纳米线的合成及其在透明导电领域的应用引起了研究人员的关注。

但该领域取得了哪些希望、在可穿着方面有何优势、如何应用?中国科学院上海硅酸盐研究所孙静研究员从铜纳米线的合成方法、合成机理, 铜纳米线透明电极的制备方法及后处置惩罚手段, 铜纳米线透明电极在光伏器件、电加热元件、柔性可穿着器件中的应用等方面的研究希望举行了论述, 并对铜纳米线研究及应用前景举行了展望。DOI:10.15541/jim20180243引用本文:WANG Xiao, WANGRan-Ran, SHI Liang-Jing, SUN Jing. Synthesis, Optimization of Cu Nanowires and Applicationof Its Transparent Electrodes[J]. Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(1):49-59. 4. 二维碳化钼MXene:能导电的微型手风琴MXene是一类性能优异的质料,其应用将改变人们未来的生活。

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然而,如何利便地制备出所需的MXene,满足所需的性能,还是一个重大课题。中科院宁波质料技术与工程所黄庆研究员以Mo、Y、Al和C元素粉为原料, 用放电等离子烧结技术(SPS)合成了新颖的(Mo2/3Y1/3)2AlC MAX相, 并用较温和的化学刻蚀方法剥离获得相应手风琴状形貌的MXene。

同时使用第一性原理密度泛函理论盘算方法研究了新颖(Mo2/3Y1/3)2AlC MAX相以及对应的Mo1.33CT2 MXene的电子结构和性能, 他们发现两者均出现出金属特性, 有望应用于储能、生物传感和电催化等方面。DOI:10.15541/jim20180441引用本文:LIU Guo-Quan,JIANG Xiao-Juan, ZHOU Jie, LI You-Bing, BAI Xiao-Jing, CHEN Ke, HUANG Qing, DUShi-Yu. Synthesis and Theoretical Study of Conductive Mo1.33CT2 MXene[J].Journal of Inorganic Materials, 2019, 34(7): 775-780. 5. 碱化碳化钛:放射性废水快速处置惩罚MXene家族成员富厚多彩,性能各异,一些疑难问题的解决可能借其轻松解决。Eu(III)就是情况污染的一大威胁,急需找到快速去除的方法。中科院高能物理所石伟群研究员对无机二维过渡金属碳化物(MXene)举行碱化处置惩罚, 乐成制备了碱化碳化钛(Na-Ti3C2Tx), 用于对Eu(III)的快速去除。

鉴于Na-Ti3C2Tx具有较低的合成成本与优异的吸附性能, 该质料有望应用于放射性废水中三价次锕系核素与镧系核素的快速高效清除。DOI:10.15541/jim20190073引用本文:SONG Huan, WANG Lin,WANG Hong-Qing, SHI Wei-Qun. Adsorption of Eu(III) on Alkalized Ti3C2Tx MXeneStudied by Batch Experiment and Its Mechanism Investigation[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 65-72. 6. 等通道转角挤压:又挤又压够致密制备致密质料的种种传统的压缩处置惩罚,均对压缩历程中的结构有序调控险些无能为力,所获致密质料的结构难以满足应用要求。东南大学孙正明教授接纳等通道转角挤压(ECAP)并联合热处置惩罚制备了Ag/Ti3AlC2复合质料。接纳ECAP方法可以在致密化Ag/MAX复合质料的同时调控其显微组织, 而联合热处置惩罚还可进一步伐控界面反映并优化质料性能。

DOI:10.15541/jim20190242引用本文:WANG Dan-Dan, TIANWu-Bian, DING Jian-Xiang, MA Ai-Bin, ZHANG Pei-Gen, HE Wei, SUN Zheng-Ming.Ag/Ti3AlC2 Composites Prepared by Equal Channel Angular Pressing Followed by Heat Treatment[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 46-52. 7. 相图:质料设计的索骥图?涂层质料的结构稳定性和功效稳定性的实现,须参考其亚稳相图。随着盘算方法的快速生长,亚稳相图的研究方法正迅速翻新,新结果不停涌现,需要细致地加以总结与分析。

中科院宁波质料技术与工程所常可可研究员综述了模拟涂层质料亚稳相图的研究历程, 重点先容了近期建设的临界外貌扩散亚稳相图模型, 即通过耦合CALPHAD、第一性原理盘算和高通量磁控溅射镀膜实验的方法,对涂层质料的亚稳相举行外貌扩散模拟, 相关盘算仅需一个高通量镀膜实验取得基础数据, 即可获得亚稳相图也获得了实验验证。DOI:10.15541/jim20190272引用本文:HUANG Ye-Yan, XU Kai,WU Bo, LI Peng, CHANG Ke-Ke, HUANG Feng, HUANG Qing. Review on Metastable Phase Diagrams: Application Roles in Specialty Ceramic Coatings[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 19-28. 8. Ti3C2Tx型MXene:比石墨烯还强的储能质料MXene 具有优良的物理化学性能,在构筑低成本、高性能、多功效超级电容器方眼前景辽阔,但在实际应用中,双电层质料的能量密度另有待进一步提高。

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华中科技大学高义华教授通过LiF和HCl刻蚀Ti3AlC2的Al层, 改变机械剥离强度和方式, 以及离心速率和时间, 可控制备出平均横向尺寸为625 和2562nm的单层Ti3C2Tx型MXene。小片层Ti3C2Tx(625 nm)的质量比电容高达561.9 F/g, 远高于文献报道的石墨烯、碳纳米管和二氧化锰等电极质料; Ti3C2Tx电极在循环测试10 4次后, 比电容仍保持初始96%的容量。DOI:10.15541/jim20190088引用本文:MA Ya-Nan, LIUYu-Fei, YU Chen-Xu, ZHANG Chuan-Kun, LUO Shi-Jun, GAO Yi-Hua. Monolayer Ti3C2Tx Nanosheets with Different Lateral Dimension: Preparation and Electrochemical Property[J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 93-98. 9. 木料和碳化钛复合:缔造出新型超级电容器碳化钛作为一种新兴的MXenes,在电化学如锂电池, 超级电容器等领域展现出极好的应用前景。

但现在的碳化钛电极往往活性物质负载量较低,,面容量不佳,因而限制了其大规模生产、应用。上海交通大学顾佳俊团队受自然界中椴木结构的启发, 使用其多孔道、孔道弯曲度低、导电性好、低价环保等特点, 将碳化钛与椴木活性炭复合, 获得了一种面电容高而稳定的超级电容器, 能在2 mV/s的扫速下到达1983mF/cm2的面容量, 同时活性质料负载量可以到达17.9mg/cm2。该研究为后续使用自然界构型质料与功效质料的复合提供了借鉴。

DOI:10.15541/jim20190267引用本文:LI Teng-Fei, HUANGLu-Jun, YAN Xu-Dong, LIU Qing-Lei, GU Jia-Jun. Ti3C2Tx/Wood Carbon as High-areal-capacity Electrodes for Supercapacitors [J]. Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 126-130. 10. 双A层MAX相:内部有料、性能非凡Mo2Ga2C 是Mn+1AXn型双A层MAX相质料,在高温结构质料、高温润滑质料、核质料等领域有重要的应用前景。但其因难于制备成高纯块体,而无法验证其理论预测的优良延展性、韧性和机械加工性等。河南理工大学周爱国教授接纳真空热压烧结的方法, 研究了Mo2Ga2C粉体的烧结性能, 制备了致密的Mo2Ga2C块体质料。该研究所探索的致密Mo2Ga2C块体质料制备方法, 为该类新型质料的性能表征与应用奠基了基础。

DOI:10.15541/jim20190296引用本文:JIN Sen, WANGZuo-Tong, DU Ya-Qiong, HU Qian-Ku, YU Jian-Gong, ZHOU Ai-Guo. Hot-pressing Sintering of Double-A-layer MAX Phase Mo2Ga2C [J].Journal of Inorganic Materials, 2020, 35(1): 41-45.论文精选链接:http://www.jim.org.cn/CN/subject/listSubjectChapters.do?subjectId=1576472956096。


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