用一把特制工具，不需要拆解整個魔方，就能巧妙地抽取、替換其中的方塊組件?在微觀材料領域，類似的工具已然成真。

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3月19日，記者從中科院寧波材料所獲悉，該院黃慶研究員團隊聯合美國德雷塞爾大學和瑞典林雪平大學科研人員，提出一種利用路易斯酸熔鹽和還原性金屬作為“化學剪刀”的插層策略，創制出了更多常規合成路徑無法實現的新型MAX相和MXene材料。相關論文發表于國際期刊《科學》。

“化學剪刀”輔助的層狀過渡金屬碳化物的結構編輯策略示意圖。

MAX相是指一類具有六方晶體結構的納米層狀化合物，由元素周期表上的M、A、X三類元素構成，因此被統稱為“MAX相”。其晶體結構由過渡金屬碳氮化物層(MX層)和A位原子層交替堆疊而成，從而兼具金屬材料和陶瓷材料的特性，在高鐵電弓、高溫加熱元件、渦輪機葉片、耐磨涂層等應用領域有極大的應用前景。

據介紹，MAX相材料在抽掉A元素之后會衍生為一種新型二維碳氮化物材料MXene。 MXene具有與石墨烯相似的原子排列方式，而且晶格組分和表面端基豐富可調，在光電器件、電化學儲能、電磁屏蔽、表面催化、分離膜等領域極具應用潛力。

元素周期表匯總了組成MAX相和MXene的元素種類。淺藍色為M位元素，土褐色為A位元素，黑色為X元素，綠色為端基元素，圈出元素為文章中已開展實驗驗證的元素。

已有研究證明，MAX相材料存在A位原子晶格位精確置換行為。科研人員介紹，精確調控MAX相和MXene材料二維層間的組分和結構，是制約其實現特定功能應用的重大挑戰。

“打個比方，通過調控組分、結構來實現特點功能，就像把三明治中間的一層換掉，口味和營養價值就不同了。”?科研人員介紹，但考慮到MAX相的晶體結構，操作難度類似于將魔方表面中間位置的方塊單獨取出、替換，再縫合好，實現對材料性能的調控。?

科研人員介紹，路易斯酸熔鹽和金屬這兩瓣刀片各有妙用，分別具備氧化性和還原性，打開MAX相或MXene的層間，相當于轉動魔方的中間方塊，然后引入不同的客體插層物質，即金屬原子和陰離子等來進行層間插層，相當于將特定魔方方塊放入中間方塊。

聯合團隊利用這一“化學剪刀”策略輔助的結構編輯方法，極大豐富了目標物質的元素組成和微觀結構，最終得到一系列A位元素含有傳統元素(鋁、稼、銦和錫)和非傳統元素(鉍、銻、鐵、鈷、鎳等)的MAX相材料。

黃慶介紹，非傳統A位元素的引入，如磁性元素和貴金屬等，有望將MAX材料的合成研究從高溫結構領域拓展到磁性、光電、催化、超導等功能應用領域。

(中科院寧波材料所供圖)

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