在纳米科技快速发展的背景下，金属与MXene材料的复合成为重要研究方向。上海师范大学的李辉教授团队近期在这一领域取得显著进展。
原位还原策略的创新
为了实现纳米级金属/MXene复合材料的精准合成，李辉教授团队设计了一种基于二维MXene材料的原位还原策略。这一方法打破了传统复合材料制备中对复杂相互作用和额外还原剂的依赖，简化了制备流程并提高了结构可控性。相关成果以《Metal/MXene composites via in situ reduction》为题发表在《Nature Synthesis》上，通讯作者为李辉教授，张庆萧、王佳傲、于清华和李其臻为共同第一作者。
纳米复合材料的应用潜力
随着纳米科技的发展，金属/二维材料复合物因其独特的物理化学性质，在催化、传感和生物技术等领域展现出巨大应用潜力。然而，合成过程中涉及载体、金属前驱体、溶剂和还原剂之间复杂的相互作用，使得对金属纳米结构的精准调控变得困难。为了解决这一问题，团队提出在MXene材料表面直接还原金属离子，形成金属纳米结构，省去了额外还原剂。
关键实验发现
研究表明，Ti3C2Tx MXene材料能够有效还原金属离子，如Ag⁺、Au³⁺和Pd²⁺等。研究人员发现，金属离子与MXene中的低价Ti物种之间的电子转移是原位还原反应的驱动力。关键发现之一是氧化还原电位决定金属离子是否能够被MXene还原。
图1：金属在MXene表面沉积的一般性规律，从单原子沉积到金属纳米粒子。
通过调控沉积过程，团队成功实现了金属在Ti3C2Tx边缘或表面的可控负载。这一研究揭示了金属离子的配位环境对金属纳米粒子成核位置的影响。
图2：金属在MXene表面的沉积过程，金属离子（Mn⁺）的还原、锚定和过渡金属离子（Ti⁴⁺）的析出。
特别是在高达50 wt%负载量下，Pd纳米粒子依然能够保持良好的分散状态，这是其他方法难以实现的。
图3：Au纳米粒子在MXene边缘和表面的沉积调控。
可控合成的指导原则
研究团队总结了M/MXene复合材料可控合成的三条指导原则：还原能力、沉积位置和金属尺寸。这些原则为未来的金属前体还原和金属原子沉积提供了基础。
图4：Pd在Ti3C2Tx表面的原位还原。
图5：原位还原策略制备多种M/Ti3C2Tx复合材料的设计思路和结构表征。
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原文链接：
https://www.nature.com/articles/s44160-024-00660-z
