非原创东北大学崔伟斌教授团队，Small：面内化学有序(MAB相)及其二维衍生物(MBene)：合成、结构、磁性和超电性能- 大数跨境

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非原创东北大学崔伟斌教授团队，Small：面内化学有序(MAB相)及其二维衍生物(MBene)：合成、结构、磁性和超电性能

科学材料站

2023-12-15

导读：东北大学崔伟斌教授团队，Small：面内化学有序(Mo2/3R1/3)2AlB2 (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Lu) i-MAB相及其二维衍生物(MBene)：合成、结构、

文章信息

面内化学有序(Mo₂_/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) i-MAB相及其二维衍生物(MBene)：合成、结构、磁性和超电性能

第一作者：种禾

通讯作者：崔伟斌*

单位：东北大学

研究背景

新能源开发利用已经成为未来的能源发展主流，包括风能、水能、核能等能源技术都已经普遍应用。然而能量的存储是个不可避免的课题，而超级电容器是一种新型的能量存储与转化装置，不但拥有较高的能量密度，而且功率密度也很高，是一种能够在能源紧缺时代解决不断增长的能源需求的技术。以MXene为代表的二维材料，在新能源领域中有广泛的应用。

MXene是一种从MAX相中通过拓扑化学法刻蚀得到的一种二维过渡金属碳/氮化物，其继承了MAX相前驱体较为单一的的六次对称结构，具有比表面积大、化学组成丰富、表面官能团多样可调等特点，在能量存储转化等领域具有极大的应用潜力。与MAX相主要结晶于P6₃/mmc六方空间群不同，得益于硼元素的欠电子特性，MAX相的硼化类似物MAB相往往具有丰富晶体结构（如Cmcm、Cmmm、Immm、Pmmm）。其展现出的类似于MAX相的可化学剥离为二维MXene的前景也吸引着研究者的目光，故开发新的可二维化的MAB相前驱体对其二维衍生物MBene的应用具有重要意义。

文章简介

近日，东北大学EPM教育部重点实验室崔伟斌教授团队在Small期刊发表了题为 “In-Plane Chemical Ordering (Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Lu) i-MAB Phases and their Two-dimensional Derivatives (MBene)：Synthesis，Structure，Magnetic and Supercapacitor Performance”的研究论文。该文章中合成了六种稀土原子有序占位的(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) i-MAB相，并对其结构和磁性进行研究。通过湿化学法选择性刻蚀了Al原子层和R原子，得到具有R空位的二维MBene。

本文要点

要点一：(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) i-MAB相的晶体结构

(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂晶体结构为R-3m六方结构， Mo原子与稀土R原子在Mo-R层内有序交替排列，其中R原子位于Mo原子正六边形中心位置并略突出Mo-R层向Al层延伸（图1）。

图1(a)(Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂的XRD精修图谱，(b) ((Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂的晶胞参数对比；(Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂AlB₂沿(c)[100], (d)[-110], (e)[001]轴的STEM-HAADF及选区电子衍射图像

要点二：(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) i-MAB相的磁性

由于稀土原子4f电子的自旋相互作用，(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂化合物在低温下表现出外场诱导的磁矩翻转现象，并且随着磁晶各向异性场的逐渐减弱，从R=Tb到Tm，磁矩翻转所需临界场逐渐减小(图2)。

图2（Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂ (R = (a)Tb, (b)Dy, (c)Ho, (d)Er, (e)Tm)在0.1 T外场下的此热曲线；（Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂ (R = (f)Tb, (g)Dy, (h)Ho, (i)Er, (j)Tm)不同温度下的等温此话曲线；（Mo_2/3Ho_1/3)₂AlB₂(R = (k)Tb, (l)Dy, (m)Ho, (n)Er, (o)Tm)4 K等温此话曲线对应的dM/dμ0H曲线

要点三：(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm， Lu) i-MAB相的刻蚀剥离及其超电性能

通过拓扑化学法选择性刻蚀掉(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂中的Al原子层和R原子，可得到具有R有序空位，且保持(Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂母相六次对称的二维衍生物MBene(图3)。通过773 K氮化处理，其仍然保持六次对称和层状结构，较原始MBene，其电荷转移电阻大幅减小、质量比电容大幅提升至219F/g（在2mV/s的扫描速率下），这得益于层间层间插层离子的分解脱嵌以及Mo-N键的引入。进一步提升氮化温度至973 K，MBene可转变为结晶性较差的晶态Mo₂N纳米片，其质量比电容为229F/g（在2mV/s的扫描速率下）(图4)。

图 3 MBene的STEM-HAADF图像及相应的快速傅里叶变换(插图)

图 4 MBene@Ho, MBene@Ho-N573K, MBene@Ho-N773K, MBene@Ho-N973K (a)在50mV/s扫速下的CV曲线，(b)质量比电容，(c)Nyquist图，(d) MBene@Ho-N973K的b值拟合结果

文章链接

In-Plane Chemical Ordering (Mo_2/3R_1/3)₂AlB₂ (R = Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Lu) i-MAB Phases and their Two-dimensional Derivatives (MBene)：Synthesis， Structure， Magnetic and Supercapacitor Performance

https://doi.org/10.1002/smll.202307966

通讯作者简介

崔伟斌教授长期从事在稀土磁性材料制备、表征及应用的研究。荣获国家、省级青年人才，主持/完成国家级和省部级自然基金和重点研发及企业技术开发等十余项课题项目。以第一及通讯作者发表在Adv.Mater，Acta Mater.，Carbon, Chem. Eng. J., J. Mater. Sci. Tech., Scripta Mater., Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊上的SCI论文70余篇，是国家、省部级课题项目评审专家，国际专业领域杂志的审稿人。中国物理学会终身会员、中国稀土学会理事、中国材料学会高级会员。