为了完成纳米级金属/MXene复合资料的精准组成，上海师范大学的李辉教授团队规划开发了根据二维MXene资料的原位复原战略。这种办法打破了传统复合资料制备进程中对杂乱相互效果和额定复原剂的依靠，具有简化制备流程、进步结构可控性的长处。相关效果以“Metal/MXene composites via in situ reduction”为题宣布在

  论文通讯作者是李辉教授；上海师范大学（原单位）/山东理工大学（现单位）的青年博士张庆萧、美国德州大学王佳傲博士、山东理工大学于清华博士和英国曼彻斯特大学李其臻博士为论文的一起榜首作者。

  跟着纳米科技的开展，金属/二维资料复合物因其共同的物理化学性质，在催化、传感、生物技术等范畴展现出巨大的运用潜力。可是，在复合资料的组成进程中往往触及到载体、金属前驱体、溶剂、复原剂，乃至是外表活性剂之间错综杂乱的相互效果，难以完成对金属纳米结构的精准调控。为客服这一难题，团队开展了根据二维MXene资料的原位复原战略（自复原战略），即在MXene资料外表直接复原金属离子，构成金属纳米结构。比较于传统的制备办法，原位复原战略无需运用额定的复原剂，MXene资料在复合资料组成进程中既充任载体又充任复原剂的人物，极大地简化了制备进程。可是，由于对MXene和金属复原进程的了解依然有限，在MXene上精准操控金属成长依然具有极大的应战。因而，团队体系研讨了金属在二维MXene外表的成核和成长进程，总结了影响金属成核和成长的重要的条件，并成功地将其运用于规划和组成具有清晰结构的金属/MXene复合资料。

  图1：金属在MXene外表堆积的一般性规则，从单原子堆积到金属纳米粒子。

  研讨标明，Ti3C2TxMXene资料具有复原金属Ag+、 Au3+、Pd2+、Pt2+、Rh3+、Ru3+和Cu2+离子的才能。试验证明，金属离子与Ti3C2TxMXene中贱价Ti物种（Ti2+和Ti3+）之间的电子搬运是原位复原反响的驱动力。由此，研讨团队总结出原位复原战略的重要的条件之一：氧化复原电位决议金属离子能否被MXene复原。该研讨还发现了原位复原进程中，过渡金属离子在MXene外表的分出。如Ti3C2Tx复原Au3+后，在溶液中能够检测到Ti4+离子的残留。该过渡金属元素的丢失现象可解说为什么MXene在氧化后不能保存其二维结构。

  图2：金属在MXene外表的堆积进程，金属离子（Mn+）的复原、锚定和过渡金属离子（Ti4+）的分出。

  金属在二维载体外表堆积方位的操控是好不容易的，特别是一起取得外表和边际负载的样品。研讨团队经过简略调控堆积进程，改变了Au3+离子的配位环境，完成了其在Ti3C2Tx边际或外表的可控负载。这项研讨提醒了原位复原进程中第二条要害影响要素，金属离子的配位环境决议了金属纳米粒子在Ti3C2TxMXene外表的成核方位。一起，该办法也为M/MXene研讨供给了一类结构清晰的比照资料。

  研讨团队发现Pd纳米粒子能够稳定地锚定在Ti3C2TxMXene的外表。即便在高达50 wt%的负载量下，仍能坚持2-3纳米的高度涣散Pd粒子，这是其它复合资料制备办法难以完成的。经过对多种金属在MXene外表堆积的研讨，团队发现了晶格失配在金属可控复原进程中的及其重要的效果：金属与MXene之间的晶格失配，是影响金属尺度的要害原因。

  图5：原位复原战略制备多种M/Ti3C2Tx复合资料的规划思路和结构表征。

  经过以上研讨，团队取得了M/MXene复合资料可控组成的三条辅导准则：(1)复原才能：氧化复原电位决议金属是不是能够复原，由于原位复原触及载体与Mn+之间的氧化复原反响。(2)堆积方位：Mn+的配位环境影响金属在MXene上的堆积方位。(3)金属尺度：金属与MXene资料之间的晶格匹配度决议了堆积金属的尺度。这些原理为解说和猜测金属前体的复原和随后金属原子在MXene上的堆积，特别是双金属和多种金属在MXene外表的堆积行为供给了根底。

  该组成战略还能够拓宽到其它二维MXene资料，包含Mo2CTx, V2CTx, Ti3CNTx, Nb4C3Tx和Mo2Ti2C3TxMXenes等。选用该可控组成战略，团队将Au、Ag、Pd等多种金属组组成功堆积到各种二维MXenes，制备了一系列M/MXene复合资料。考虑到MXene宗族的品种、金属与MXene的组合以及多金属组合的可能性，使用该组成战略还能为研讨人员供给更多的挑选。这些体系的试验现象标明，原位复原法制备M/MXene复合资料能够为研讨人员供给一系列具有风趣结构和潜在功用的复合资料，并为他们供给新的立异规划途径。（来历：科学网）

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