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MXene是近年来炙手可热的前沿功能材料新星之一。与传统二维材料相比，MXene的结构与组成高度多元化，迄今已有30余种被成功制备，另有数十种理论预言稳定存在，且具有高度可调的电子结构与丰富的表面化学性质，为储能、催化、环境、生物、电子、电磁屏蔽、超导、传感、分离技术、超导等领域的前沿应用提供了一个巨大的材料宝库。
目前，酸刻蚀层状MAX相陶瓷仍然是制备MXene的主流方法，但此过程将不可避免地在MXene的表面暴露大量亚稳态金属原子，使MXene在水溶液中极易转化为金属氧化物，丧失其二维结构与独特的性质功能，成为制约MXene的存储、应用与相关前沿技术发展的关键基础难题之一。
针对这一问题，大连理工大学王治宇教授与北京化工大学邱介山教授提出了一种利用无机锂盐水合效应改善MXene在水溶液中稳定性的新策略。作者利用与MXene相互作用较弱的无机锂盐的水合效应束缚水溶液中的自由水分子，减缓其与MXene反应形成甲烷和金属氧化物的过程；此过程中，溶液水活度的降低也伴随溶解氧浓度的显著下降，从而同时抑制MXene在水溶液中的直接氧化。
图1 无机锂盐水合效应改善MXene在水溶液中稳定性之策略示意图
研究表明：在阴阳离子半径较小的金属盐（如LiCl）饱和溶液中，MXene在室温条件下的存储时间可从数天延长到400天以上。其他阴阳离子半径较小、金属阳离子配位能力较弱、更加廉价易得的无机盐如NaCl、CaCl2等也可以用于改善MXene水溶胶的稳定性。滤出MXene后，90 %以上的无机盐保护剂可通过简单的蒸发结晶过程实现回收再利用，全过程仅使用水为溶剂，在实现绿色闭环应用的同时极大降低过程成本。利用赝电容反应与局域等离子体共振效应激发的电催化析氢反应作为探针反应，分别研究和阐明了无机盐保护对MXene表面化学性质与体相载流子性质甚微的影响。
这一研究提供了一种简便易行、高效低成本、绿色环保的MXene通用保护策略，解决了MXene长期存储与运输的难题，为MXene的实际应用奠定了坚实基础。
图2 (a) 无机锂盐阴阳离子半径与其饱和溶液水活度的关联规律；(2) 在饱和LiCl溶液中保存400天后的Ti3C2Tx MXene的XPS谱图；(3) 此MXene在保护前后的赝电容性能比较；(4) 此MXene在保护前后在近红外光辐照下的析氢活性比较
论文信息：
Stabilizing the MXene by Hydration Chemistry in Aqueous Solution
Xingyu Wang, Zhiyu Wang, Jieshan Qiu
论文第一作者为大连理工大学博士研究生王星宇。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202113981
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