MXenes 是具有几乎奇迹般特性的材料：它们可以用于电磁屏蔽、能量存储或新型传感器。最近发现，它们在极端条件下，例如在航天技术中，也非常适合作为固体润滑剂。至今为止唯一的问题是生产这些 MXenes 被认为是极其危险和有毒的。但现在开发了一种新方法：不再使用有毒酸，而是使用电力。
这是材料科学中最重要的趋势之一：仅由单层原子组成的材料，所谓的“二维材料”，往往显示出与由相同原子组成的厚层完全不同的性质。这个研究领域始于诺贝尔奖获奖材料石墨烯。现在，维也纳技术大学（TU Wien）与CEST和AC2T公司一起，正在研究以钛和碳为主的材料类别——MXenes（发音为 Maxenes）。
这些 MXenes 具有几乎奇迹般的特性：它们可以用于电磁屏蔽、能量存储或新型传感器。在维也纳技术大学，研究发现，它们在极端条件下，如在航天技术中，作为固体润滑剂也非常适合。至今为止唯一的问题是，生产这些 MXenes 被认为是极其危险和有毒的。但现在开发了一种新方法：不再使用有毒酸，而是使用电力。新的合成方法现已发表在期刊Small上。
不再使用有毒氟化氢酸
“要生产 MXenes，首先需要所谓的 MAX 相。它们是可以由铝、钛和碳层组成的材料，”维也纳技术大学工程设计与产品开发研究单位的 Pierluigi Bilotto 解释说。“直到现在，氟化氢酸被用于蚀刻 MAX 中的铝，从而得到一种原子级薄层之间可以非常微小阻力滑动的系统。这使得这些 MXenes 成为很好的润滑剂。”
但处理氟化氢酸并不是一件易事。它是有毒的，对环境有害，而且对这种化学物质的处理有严格的规定。你需要特殊的、昂贵的实验室设备，并且会产生需要以昂贵方式处理的废弃物。“这就是为什么 MXenes 在工业上尚未取得重大突破，” Pierluigi Bilotto 说。“在工业规模上建立这样的过程非常困难，因此许多公司可以理解地不愿意迈出这一步。”
因此，Pierluigi Bilotto 联合维也纳技术大学的 Carsten Gachot 教授和 Markus Valtiner 教授、维也纳新市 CEST 的 Markus Ostermann 博士、AC2T 的 Marko Pjlievic 等人，着手寻找更好的方法。
电化学
“电化学提供了另一条途径来打破 MAX 相中的铝键，”Pierluigi Bilotto 说。“当施加电压时，MAX 相会经历电流，从而在其界面上引发反应。通过精确选择电压，我们能够调节反应，以便仅去除铝原子，留下电化学 MXenes（EC-MXenes）作为产物。
研究小组发现，可以使用一种非常特定的电化学技术来改善电化学蚀刻和 EC-MXene 的整体质量：适当剂量的电脉冲。虽然其他方法表面上的反应性往往快速下降，但短脉冲电流会在 MAX 相材料上形成小氢气泡，清洁并再活化表面。这使得电化学反应能够持续更长时间，并能够生产大量的 EC-MXenes。
获得的产品随后通过先进技术进行分析，例如原子力显微镜、扫描和透射电子显微镜、拉曼和 X 射线光电子能谱、低能量离子散射等——其特性至少与以前使用氟化氢酸生产的 MXenes 一样好。“我的目标是让 MXene 的合成变得极其简单。它应该可以在任何厨房中进行，”Pierluigi Bilotto 说。“我们离这个目标非常近。”
