二維材料MXene家族成員數量翻番，為下一代能源與電子器件開發提供契機

科技日報記者 張佳欣

一種熱門的二維材料家族迎來了“大擴容”。包括美國普渡大學、德雷塞爾大學在內的研究團隊在最新一期《科學》雜誌上發表論文稱，他們將MXene材料家族的成員數量翻了一番，甚至在其中一種材料裏引入了創紀錄的9種金屬。這一突破不僅擴展了材料組合的可能性，也為未來開發新型能源和電子器件提供了契機。

與標誌性的二維材料石墨烯（由單層碳原子構成）不同，MXene含有多層金屬與碳或氮原子。2011年，人們合成的第一個MXene是二維的碳化鈦薄片，其結構是兩層鈦原子夾着一層碳原子，宛如一個三明治。不過，人們並不能像做三明治一樣隨意決定哪些金屬進入哪一層。原子大小和電子特性不同，金屬往往各有“偏好”。

普渡大學團隊也曾合成出含4種金屬的MXene，但始終無法確認複雜結構中的金屬分佈。此次，團隊利用離子質譜逐層剝離MXene原子，首次清晰地描繪了不同金屬在層間的位置。結果顯示，當MXene含有4—6種金屬時，仍遵循“各歸其位”的分佈規律。然而，當金屬種類達到7種及以上時，情況發生逆轉：各種金屬不再分層，而是均勻混雜在一起，連此前難以引入的鎢也能穩定存在。而鎢進入二維材料後，可能被用作制氫燃料的催化劑。

這一成果意味着未來可在更寬廣的“元素調色盤”中自由組合，從而獲得性能多樣化的材料，為能源存儲、電子器件、催化以及電磁屏蔽等領域帶來全新可能。