西安交大张淼教授团队在MXene合成领域取得重要进展

二维过渡金属碳/氮化合物（MXene）凭借其金属级别的导电性、丰富的表面端基以及优异的亲水性，在能源存储、催化、电磁屏蔽和传感器等前沿领域展现出巨大的应用潜力。然而，当前MXene的主流合成方法存在效率低下、耗时较长、结构难以控制等瓶颈，所生成的纳米片存在面内离子传输通道不足、活性位点暴露有限等问题，严重制约了其在能源存储和高效脱盐等场景中的应用。尽管后续可通过氧化或碱处理等方法在MXene面内引入纳米孔以提升离子可及性，但现有策略普遍采用“先刻蚀、后造孔”的两步法，难以实现从MAX相到多孔MXene的一步高效转化。从结构本质来看，这一难题源于刻蚀过程中Ti位点氧化与Al层去除之间的动力学不匹配，导致Ti原子过度氧化与孔道生成不可控。因此，如何在同一体系中协同调控Al层选择性刻蚀与Ti位点可控氧化，实现面内孔结构的原位构筑并保持晶格完整性，是高效制备高性能多孔MXene的关键科学问题。

针对上述挑战，西安交通大学化学学院张淼教授团队提出了一种自由基强化选择性刻蚀（RISE）策略，利用H2O2在LiF/HCl体系中原位生成高活性羟基自由基（·OH），在加速Al原子层去除的同时，通过精准调控自由基含量实现对Ti原子氧化程度的可控调节。与依赖质子酸（H+）的传统最小强度分层合成（MILD）路径不同，·OH作为高效的电子受体主导了Al和Ti的氧化过程，适量·OH可获得缺陷少、电导率高的高质量单层MXene；而稍过量·OH则导致Ti原子的适度氧化，在MXene表面形成均匀的纳米孔洞。该合成策略仅需3小时就能以约99.9%的刻蚀效率实现定制化面内纳米孔结构MXene的一步合成。实验结果表明，多孔MXene导电薄膜在电容去离子过程中展现出32.71 mg g"1的卓越脱盐能力，显著优于纯MXene电极材料。该工作有望彻底改变制备单层MXene的主流湿化学刻蚀方案，并为能源与环境应用领域定制化MXene结构开辟了一条高效、可规模化的合成路径。

该研究成果以“一步法自由基强化选择性刻蚀（RISE）策略用于高产率合成具有定制纳米孔的单层MXene”为题，发表在国际著名期刊《德国应用化学》上。西安交通大学化学学院为第一通讯单位，博士生刘晨旭为论文第一作者，张淼教授、丁书江教授、张颢助理教授、斯德哥尔摩大学袁家寅教授为论文共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学青年基金、西安交通大学青年拔尖计划、中央高校基本科研业务费等项目的支持，并获得西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台和西安交通大学分析测试中心在测试表征方面的支持。同时，特别感谢郗凯教授等多位领域专家的指导帮助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.9523099

张淼教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/zh/web/miaozhangchem/home

丁书江教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/dingsj