李辉教授团队揭示Metal/MXene复合材料可控合成机制

化材学院李辉教授团队在《Nature Synthesis》发表题为“Metal/MXene composites via in situ reduction”的研究论文该研究揭示了金属在二维MXene材料表面原位还原生长的规律成功制备了多种结构可控的金属/MXene复合材料为催化、传感、生物技术等领域提供可定制化的新材料选择。

金属/二维材料复合物在众多领域具有巨大的应用潜力。然而，其合成过程涉及金属前驱体、载体、还原剂、溶剂，甚至是结构导向剂之间错综复杂的相互作用，难以实现金属的精准调控。为了克服这一难题，团队基于二维MXene材料上金属原位还原（自还原）策略，系统研究了金属在MXene表面成核和生长过程，总结出控制材料结构的三条指导原则：(1) 氧化还原电位决定金属能否还原。(2) Mn+的配位环境决定金属在MXene上的沉积位置。(3) 金属与MXene的晶格匹配度决定沉积金属的尺寸。

基于上述指导原则，团队成功合成了多种预测结构的M/Ti₃C₂T_x复合材料，如AgAu_-Edge/Ti₃C₂T_x，AgAu_-Surface/Ti₃C₂T_x，Ag@Au_-Edge/Ti₃C₂T_x，Ag@Au_-Surface/Ti₃C₂T_x，Pd@Au_-Edge/Ti₃C₂T_x，Pt@Au_-Edge/Ti₃C₂T_x (g), Au@Ag@Au_-Surface/Ti₃C₂T_x，Pt@Ag@Au_-Surface/Ti₃C₂T_x，AgPdAu_-Surface/Ti₃C₂T_x和Ag@Pd@Au_-Edge/Ti₃C₂T_x纳米结构等。

原位还原策略制备多种M/Ti₃C₂T_x复合材料的设计思路和结构表征

该合成策略还可以拓展到其它二维MXene材料，包括Mo₂CT_x, V₂CT_x, Ti₃CNT_x, Nb₄C₃T_x和Mo₂Ti₂C₃T_x等。采用该可控合成策略，团队将Au、Ag、Pd等多种金属组合成功沉积到各种二维MXene材料，制备了一系列M/MXene复合材料，为研究人员提供了多种具有有趣结构和潜在功能的复合材料。

原位还原策略拓展到其它M/MXene的合成

上海师范大学为第一署名通讯单位，张庆萧博士为论文第一作者，李辉教授为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、资源化学教育部重点实验室/国际合作联合实验室、上海市仿生催化前沿科学研究基地、上海绿色能源化工工程技术研究中心等资助。