近日，我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院李輝教授團(tuán)隊(duì)在《Nature Synthesis》發(fā)表 題為“Metal/MXene composites via in situ reduction” 的研究論文。該研究揭示了金屬在二維MXene材料表面原位還原生長(zhǎng)的規(guī)律，成功制備了多種結(jié)構(gòu)可控的金屬/MXene復(fù)合材料，為催化、傳感、生物技術(shù)等領(lǐng)域提供可定制化的新材料選擇。

金屬/二維材料復(fù)合物在眾多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，其合成過(guò)程涉及金屬前驅(qū)體、載體、還原劑、溶劑，甚至是結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，難以實(shí)現(xiàn)金屬的精準(zhǔn)調(diào)控。為了克服這一難題，團(tuán)隊(duì)基于二維MXene材料上金屬原位還原（自還原）策略，系統(tǒng)研究了金屬在MXene表面成核和生長(zhǎng)過(guò)程，總結(jié)出控制材料結(jié)構(gòu)的三條指導(dǎo)原則：(1) 氧化還原電位決定金屬能否還原。(2) Mn+的配位環(huán)境決定金屬在MXene上的沉積位置。(3) 金屬與MXene的晶格匹配度決定沉積金屬的尺寸。

金屬在MXene表面沉積的一般性規(guī)律：從金屬單原子到團(tuán)簇到納米粒子

基于上述指導(dǎo)原則，團(tuán)隊(duì)成功合成了多種預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的M/Ti3C2Tx復(fù)合材料，如AgAu-Edge/Ti3C2Tx，AgAu-Surface/Ti3C2Tx，Ag@Au-Edge/Ti3C2Tx，Ag@Au-Surface/Ti3C2Tx，Pd@Au-Edge/Ti3C2Tx，Pt@Au-Edge/Ti3C2Tx (g), Au@Ag@Au-Surface/Ti3C2Tx，Pt@Ag@Au-Surface/Ti3C2Tx，AgPdAu-Surface/Ti3C2Tx和Ag@Pd@Au-Edge/Ti3C2Tx納米結(jié)構(gòu)等。

原位還原策略制備多種M/Ti3C2Tx復(fù)合材料的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)表征

該合成策略還可以拓展到其它二維MXene材料，包括Mo2CTx, V2CTx, Ti3CNTx, Nb4C3Tx和Mo2Ti2C3Tx等。采用該可控合成策略，團(tuán)隊(duì)將Au、Ag、Pd等多種金屬組合成功沉積到各種二維MXene材料，制備了一系列M/MXene復(fù)合材料，為研究人員提供了多種具有有趣結(jié)構(gòu)和潛在功能的復(fù)合材料。

原位還原策略拓展到其它M/MXene的合成

上海師范大學(xué)為第一署名通訊單位，張慶蕭博士為論文第一作者，李輝教授為論文通訊作者。該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、資源化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、上海市仿生催化前沿科學(xué)研究基地、上海綠色能源化工工程技術(shù)研究中心等資助。

（供稿、圖片：科技處）